Основные типы БУМ – основы светомузыки

June 24, 2015 by admin Комментировать »

Управление с помощью переменных резисторов основано на изменении их активного сопротивления, включенного в цепь нагрузки, причем различают реостатное (последовательное) и потенциометрическое (параллельное) включение регулятора. В БУМ целесообразно применять реостатное включение как более экономичное.

Максимальное сопротивление реостата /?р.Макс выбирается из условия уменьшения светового потока лампы до нуля. Так как световой поток у ламп накаливания становится нулевым при понижении напряжения до уровня 10—15% ί/в ом» ТО

Максимум рассеиваемой мощности наступает при RP—Raом и составляет:

Следует иметь в ε-чду, что равномерному перемещению движка реостата будет отвечать нелинейное изменение яркости ламп накаливания (из-за нелинейной зависимости между напряжением и яркостью). Можно уменьшить этот недостаток, если использовать реостаты, с нелинейной характеристикой.

Реостаты обладают значительной теплоемкостью и не боятся кратковременных перегрузок по току. Для их защиты от короткого замыкания в цепи нагрузки применяют обычные плавкие предохранители. Недостатком реостатных регуляторов является зависимость напряжения на нагрузке от сопротивления самой нагрузки, что не позволяет применять реостаты в устройствах с изменяющимся числом источников света.

Ступенчатый регулятор может быть выполнен на трансформаторе, вторичная обмотка которого имеет необходимое количество отводов. Дискретное приращение напряжения на отводах рассчитывается таким образом, чтобы увеличение яркости источника света визуально воспринималось плавным. И здесь при расчетах для лампы накаливания необходимо учитывать нелинейную зависимость увеличения светового потока от напряжения.

По сравнению с обычным трансформатором автотрансформатор на ту же номинальную мощность имеет больший к. п. д. и меньшие размеры. Поскольку в любительских условиях изготовить автотрансформатор с плавным изменением коэффициента трансформации сложно, рекомендуется применять приборы, выпускаемые промышленностью (серия РНО большого диапазона мощностей, лабораторные типов ЛАТР, РНШ и др.). Значительная теплоемкость делает автотрансформатор нечувствительным к кратковременным перегрузкам. Конструкция промышленных автотрансформаторов дает возможность дистанционного управления с помощью или реверсивного электропривода, или сельсина.

Пример схемы светоинструмента с использованием автотрансформаторов (типа ЛАТР) приведен на рис. 4-8. С помощью коммутатора наборного поля штекеров здесь можно «запрограммировать» подключение к регуляторам любого проектора из имеющегося набора, а с помощью выключателей В i—Bs происходит последовательное включение необходимых комбинаций проекторов из подготовленного набора непосредственно в процессе исполнйшя [75].

Так как выходное напряжение трансформаторов почти не зависит от нагрузки, то возможна коммутация различного числа ламп разной мощности на выходе.

Принцип действия магнитного усилителя состоит в изменении индуктивного сопротивления дросселя с сердечником с помощью небольшого тока, протекающего по обмотке управления. Конструктивно магнитные усилители выполняются на кольцевых или двухстержневых сердечниках. Для улучшения его работы целесообразно ввести в схему внутреннюю обратную связь.

Рис. 4-8. Схема СМИ харьковского «Зала цветомузыки».

Магнитные усилители отличаются значительными габаритами и массой, но эти недостатки окупаются простотой и такими достоинствами, как способность выдерживать значительные кратковременные перегрузки. Благодаря большому коэффициенту усиления, высокой надежности и хорошему к. п. д. магнитные усилители находят применение в установках самой различной мощности. Если нагрузка рассчитана на сеть постоянного тока, то к выходу рабочей обмотки подключают двухполупериодный выпрямитель, в диагональ моста которого и включается регулируемое устройство.

У магнитных усилителей из-за потерь в рабочей обмотке напряжение на выходе заметно ниже, чем сетевое, и для компенсации этого сам усилитель обычно питают от повышающего трансформатора.

Рис. 4-9. Схема БУМ на магнитном усилителе (АСМУ «Самоцвет»)"*

Для примера на рис. 4-9, а приведена схема БУМ на стандартном магнитном усилителе (типа УМ1П 202063) с положительной обратной связью [Рвых= 100 Вт, £/макс= Г27 В, Uупр = (2,5-* 3) В] [69],

Рабочие обмотки Wi—W4 включены таким образом, что за счет протекания постоянной составляющей магнитный усилитель находится в состоянии насыщения. Индуктивное его сопротивление мало, и через обмотки Wi—Ψ4 течет большой ток. При протекании тока через управляющие обмотки W5—магнитный поток этих обмоток компенсирует постоянную составляющую потока обмоток ,Wi—Wt. В этом случае магнитный усилитель представляет собой большое сопротивление. Характеристика управления магнитного усилителя— зависимость тока нагрузки от тока управления — смещена так, что при наибольшем токе управления ток в рабочих обмотках близок к нулю (рис. 4-9, б).

Обмотка управления питается от транзисторного усилителя с непосредственной связью между каскадами. Изменение тока управления достигается шунтированием обмотки W5—Η?β транзистором 7V Схема формирования входного сигнала состоит из фильтра LiCu детектора Д\—Д4 и интегрирующей цепочки R\{C%—С3).

Нетрудно изготовить магнитный усилитель самому, например, из двух одинаковых силовых трансформаторов. Мощность его будет равна номинальной мощности одного трансформатора, а коэффициент усиления около 1000—2000. Первичные обмотки трансформаторов соединяют согласно — они являются рабочими, вторичные — встречно, это управляющие обмотки. Накальные обмотки можно использовать в качестве обмоток смещения, соединив их встречно.

При создании СМИ большой мощности можно использовать театральный многоканальный регулятор света типа «Старт», изготовленный на базе стандартных магнитных усилителей РНП-5-220. Установка «Старт-1» имеет 60 каналов, «Старт-2»—100. Напряжение питания установки 260 В. Выходная мощность одного канала регулятора 5 кВт при максимальном напряжении на нагрузке 220 В. Входное управляющее напряжение изменяется в диапазоне 0— 6,5 В. Для удвоения выходной мощности предусмотрено параллельное включение двух магнитных усилителей.

В светомузыкальных устройствах могут применяться ламповые и транзисторные БУМ, работающие в режиме амплитудного регулирования.

Если имеются обычные звуковые усилители достаточной для питания ВОУ мощности, их, разумеется, тоже можно использовать в качестве БУМ. Но при изготовлении усилителей, специально предназначенных для питания источников света или двигателей, схема может быть значительно упрощена, и от тех же электронных приборов может быть получена ббльшая полезная мощность.

Оконечный каскад, питающий источники света, в большинстве устройств работает как усилитель постоянного тока и реже как однотактный бестрансформаторный усилитель переменного тока класса В. Источники света включаются последовательно с электронным прибором в цепь анода (коллектора) или катода (эмиттера). Преимущество первой схемы в большом коэффициенте усиления по мощности и напряжению, второй — в хорошей линейности характеристик управления.

Проектирование оконечного каскада заключается в согласовании энергетических характеристик используемого электронного прибора и источников света. Энергетические возможности электронного прибора характеризуются: допустимым напряжением на аноде (коллекторе) ί/доп, максимальным током анода (коллектора) или катода (эмиттера) /доп и максимальной допустимой мощностью, рассеиваемой на аноде (коллекторе) Ря0п-

Если источник света характеризуется номинальными значениями напряжения ί/Η0м, тока /ном и мощности Раом, то для надежной работы электронного прибора необходимо соблюдать условия;

Кроме того, при использовании ламп накаливания необходимо учитывать возможные броски тока, которые не должны превышать соответствующих допустимых импульсных токов через прибор.

Приблизительно значение рассеиваемой на приборе мощности Ррас можно определить по формуле Ррас = Рном/4.

Реальная рассеиваемая мощность при использовании ламп накаливания из-за нелинейности вольт-амперной характеристики будет больше. Уточнить расчет можно построив либо график нагрузочной линии на семействе анодных (коллекторных) характеристик прибора, либо график рассеиваемой на приборе мощности в зависимости от протекающего тока. Для увеличения надежности рекомендуется значения мощностей, токов и напряжений брать равными 70—80% предельно допустимых. Улучшение теплового режима достигается применением радиаторов.

Необходимо учесть также, что для каждого типа электронного прибора существует оптимальное значение нагрузки, при котором обеспечивается наибольшая полезная мощность. Подобрать это значение можно либо выбором типа источника света, либо параллельным или последовательным соединением нескольких источников света.

При недостаточной мощности одного электронного прибора применяется их параллельное включение. В этом случае в цепи катодов (эмиттеров) включаются резисторы с небольшим сопротивлением для выравнивания разброса характеристик приборов.

Оконечные каскады БУМ при амплитудном способе регулирования, как правило, питаются нефильтрованным выпрямленным напряжением.

Варианты АСМУ на транзисторах с амплитудным регулированием приведены на рис. 4-10 [63]. Четвертый канал в схеме на рис. 4-10, а предназначен для фоновой засветки экрана в моменты пауз (отсутствие сигнале на входе), яркость источников света в канале изменяется обратно пропорционально громкости звукового сигнала.

Увеличить выходную мощность АСМУ можно, включив на выходе более мощные транзисторы через переходные трансформаторы Τρι—Тр3 (рис. 4-10,6), в качестве которых можно использовать согласующие трансформаторы от карманных приемников [62], АСМУ подключают к УНЧ с выходной мощностью не менее 1 Вт, Полоса пропускания первого канала 20—200 Гц, второго — 200— 1000 Гц, третьего — свыше 1000 Гц.

Транзисторные схемы АСМУ с амплитудным управлением получили в радиолюбительских разработках наиболее широкое распространение [53, 55, 56].

На рис. 4-11, a приведена структурная схема БУМ, работающего в импульсном режиме. Здесь управляющий сигнал с выхода детектора Д с помощью широтно-импульсного модулятора ШИМ преобразуется в импульсы с переменной длительностью, которая

Рис. 4-10. Схема АСМУ на транзисторах с амплитудной модуляцией (а), вариант с более мощным БУМ (б).

определяется управляющим напряжением. Сформированные импульсы после усилителя мощности УМ поступают к источникам света.

Если частота следования импульсов находится в пределах 50— 400 Гц и фронты импульсов крутые, рассеиваемая на транзисторе мощность определяется в основном потерями на коллекторе в режиме насыщения.

Схема транзисторного БУМ мощностью 100 Вт показана на рис. 4-11, б. Оконечный каскад усилителя мощности выполнен на транзисторе Т10. Управляющие импульсы необходимой мощности формируются в ключевом каскаде (транзисторы Т8, Т9). Широтно-импульсный модулятор собран по схеме триггера Шмитта Тъ), на вход которого поступают сигналы с детекторного устройства (Т6, Дз) через эмиттерный повторитель (транзистор Т7). На транзисторах Τι—Т3 собран генератор пилообразного напряжения ГПН частотой 100 Гц. Резистором Ri6 выставляют уровень нижней пороговой яркости во всех каналах одновременно. В каждом канале уровень пороговой яркости регулируют своим резистором (/?i8).

Хорошим ключом в импульсной схеме регулирования может служить тиратрон. Особенность его эксплуатации — необходимость предварительного разогрева катода. Если анодное напряжение подается при холодном или недостаточно разогретом катоде, то тиратрон выходит из строя.

Тиристор (управляемый полупроводниковый вентиль) можно считать полупроводниковым аналогом тиратрона. Он также может быть применен для импульсного управления мощностью. Выбор тиристора производится по среднему значению тока в нагрузке и значениям прямого и обратного напряжений.

Предельные значения токов и напряжений сильно зависят от эффективности отбора тепла от кристалла тиристора, поэтому важно обеспечить его охлаждение с помощью радиаторов с естествен- ( ным или искусственным способом обдува.

Тиристором, как и тиратроном, управляют изменяя время подачи напряжения на управляющий электрод относительно начала полупериода питающего напряжения. После отпирания тиристора цепь управления уже не влияет на его состояние, поэтому в качестве управляющего можно использовать постоянное или импульсное напряжение. Существуют четыре основных метода управления тиристорами: амплитудный, фазовый, фазоимпульсный и так называемый вертикальный.

При амплитудном методе момент отпирания тиристора зависит от напряжения на управляющем электроде. Несмотря на ряд недостатков, присущих этому методу: отсутствие четкого момента отпирания из-за разброса параметров тиристоров — он нашел широкое применение в несложных маломощных установках. Угол отпирания тиристора при этом можно регулировать только в пределах от 0 до 90° положительного полупериода напряжения сети, что обеспечивает непрерывное регулирование напряжения на нагрузке в пределах от 100 до 50% максимально возможного.

Чтобы расширить диапазон регулирования до 180°, между анодным и управляющим напряжением искусственно создают сдвиг по фазе с помощью конденсатора, включаемого между катодом и управляющим электродом, т. е. применяют по сути дела фазовый метод управления. Момент отпирания тиристора в этом случае будет зависеть от времени заряда конденсатора и напряжения отпирания. Включив тиристор в диагональ выпрямительного моста, можно регулировать напряжение на нагрузке в течение обоих полупериодов напряжения сети (рис. 4-12). Но даже при использовании специальных фазовращателей из-за малой крутизны управляющего напряжения не обеспечивается стабильность момента отпирания тиристора, поэтому фазовый метод не получил широкого применения [61].

Фазоимпульсный метод отличается от предыдущего тем, что в нем для повышения стабильности момента отпирания управляющее напряжение преобразуется в импульсы с крутыми фронтами. Одна из таких схем приведена на рис. 4-13 [17]. Фазовращательный RC-мост собран на транзисторах Ти Тг и конденсаторе Сг. Если управляющее напряжение на базах равно нулю, ток моста будет определяться главным образом активным сопротивлением закрытых транзисторов и будет иметь чисто активный характер; фазы выходного и опорного напряжений совпадают. При увеличении входного напряжения транзисторы переходят в линейный режим, а затем в режим насыщения. Характер тока моста при этом будет изменяться от чисто активного до чисто емкостного, что приведет к изменению сдвига фаз между опорным и выходным напряжениями от 0 до 180°.

да» с силовым нулевым проводом). Для этого устройство содержит схемы управления в цепи каждой фазы. На рис. 4-13 полностью приведена лишь одна из них, остальные две идентичны и питаются от своей фазы. Следует иметь в виду, 4то выбранная схема соединения тиристоров и нагрузки не позволяет увеличивать угол сдвига управляющего импульса более 120°. Переходный трансформатор Τρι служит для согласования БУМ с усилителем управляющего сигнала.

Напряжение с фазовращателя преобразуется каскадом на транзисторе 74 в импульсное напряжение прямоугольной формы. Затем’ его дифференцируют и детектируют, в результате чего формируется отрицательный импульс, который после усиления подается на управляющий электрод тиристора. Выходная мощность определяется в основном параметрами применяемого тиристора.

Данная схема была использована для управления большой мощностью в трехфазной сети (тиристоры включены по схеме «звез

Рис. 4-12. Схема фазового управления тиристором.

Рис. 4-13. Схема БУМ с фазонмпульсным способом управления тиристорами (установка «Малиновый звон»).

Сущность вертикального метода управления заключается в наложении переменного (синусоидальной, треугольной или пилообразной формы) и регулируемого постоянного напряжений. В момент равенства этих напряжений сравнивающее устройство запускает выходной каскад (триггер, мультивибратор с эмиттерной связью, блокинггенератор или транзистор, работающий в ключевом режиме).

‘ Удобнее использовать в БУМ симметричные тиристорысимисторы, которые позволяют пропускать и блокировать токи любой полярности при одном и том же управляющем напряжении. (Симистор является как бы эквивалентом двух встречно-параллельйо включенных тиристоров). Схемы включения симисторов не отличаются от тиристорных, но здесь требуется больший ток в цепи управляющего электрода. Большим преимуществом симистора перед Тиристором является его способность к самозащите: при возникновении больших напряжений при переходных процессах он пере-

Рис. 4-15. Схема управления симистором на однопереходном транзисторе.

ключается в состояние проводимости при любой полярности приложенного напряжения.

В настоящее время в связи с появлением новых полупроводниковых приборов появилась возможность упростить схемы управления тиристорами и симисторами. В качестве управляющего элемента широкое распространение получил однопереходный транзистор, или, как его еще называют, двухбазовый диод — своеобразный аналог тиратрона тлеющего разряда. Схема с его использованием приведена на рис. 4-15.

Когда напряжение на конденсаторе С i достигает определенного уровня, однопереходный транзистор Т2 отпирается, сопротивление перехода эмиттер — первая база резко уменьшается, конденсатор быстро разряжается, и в нагрузке транзистора возникает импульс тока. После разряда конденсатора транзистор запирается, и процесс заряда конденсатора повторяется вновц. Нагрузкой однопереходного транзистора является первичная обмотка импульсного трансформатора Три Импульс со вторичной обмотки поступает на управляющий электрод симистора.

Момент отпирания однопереходного транзистора в данном устройстве зависит от двух факторов: от скорости заряда конденсатора, регулируемой резистором /?7, и от управляющего сигнала, поступающего через диод Д6. Управляющий сигнал может быть любой формы. Если используется внешний генератор сигнала, для рабочее напряжение 50 В, В и Г — 100 В, ток 1 А; тиристоры серий Т и ТВ, рассчитанные для работы в диапазоне напряжения 50— 1200 В и тока 25—200 А. Симисторы ТС80, ТС125 и ТС160 рассчитаны на предельные токи соответственно 80, 125 и 160 А и рабочее напряжение 500—1000 В.

Рис. 4-17. Схемы управления силовыми тиристорами с помощью фототиристоров.

а — нормально запертый; б — нормально открытый силовой тиристор; в — управление высоковольтным силовым тиристором.

Полупроводниковые вентили, как и тиратроны, являются мощными источниками помех, а тиристоры и симисторы обладают еще одним заметным недостатком — чувствительностью к токовым перегрузкам. Если трехкратное превышение номинальных значений тока выдерживается ими в течение секунды, то при коротких замыканиях нарастание тока за полпериода (сотые доли секунды) приводит к пробою тиристора. Обычные плавкие предохранители не успевают срабатывать за столь короткий промежуток времени. Защита тиристоров от короткого замыкания основана или на автоматическом запирании тиристора с помощью реле максимального тока (токовый трансформатор на выходе БУМ и т. п.), или на использовании быстродействующих плавких предохранителей, изготавливаемых специально для тиристорных приборов.

Для мощных светомузыкальных установок коллективного пользования могут быть применены серийные БУМ типа РТ, предназначенные для регулирования источников света [108]. Краткие характеристики этих регуляторов приведены в табл. 4-1.

Примечание. Регуляторы серии РТ комплектуются повышающим трансформатором.

Таблица 4-1

/При оснащении специальной схемой защиты от экстратоков, возникающих при включении ламп накаливания, в качестве БУМ можно использовать и регуляторы серий ΡΗΤΟ (однофазные) и РНТТ (трехфазные), предназначенные для управления электроприводом.

Использование трехфазных тиристорных БУМ, например, типов РНТТ-330-250, РНТТ-330-600 и т. д. позволяет управлять еще большими световыми мощностями (в установках световой архитектуры, в спектаклях «Звук и Свет»).

Существуют специальные многоканальные театральные регуляторы освещения (как для люминесцентных ламп, так и для ламп накаливания), содержащие в комплекте дистанционные пульты управления с ручными регуляторами или входами для внешнего электрического сигнала.

Тиристорные установки серии «Старт» выпускаются на 60, 120 и 200 регулируемых цепей, мощность нагрузки в цепи каждого из каналов может быть равной 5 и 10 кВт, в зависимости от типа силового регулятора (РТ-5-220 или РТ-10-220). Возможен предварительный набор четырех световых программ с последовательным воспроизведением. Имеются аналогичные экспериментальные многопрограммные регуляторы типа «Свет». Унифицированный тиристорный регулятор яркости типа «Спектр» предназначен для регулирования яркости групп люминесцентных ламп мощностью 10, 20, 30 и 50 кВт. Возможно также управление и лампами накаливания. Регулятор «Спектр» комплектуется тремя дистанционными пультами управления. Малогабаритные тиристорные регуляторы «Спутник-12» и «Спутник-24» имеют соответственно 12 и 24 регулируемые цепи мощностью 3 кВт каждая.

Источник: Галеев Б. М., Сайфуллин Р. Ф., Светомузыкальные устройства. — 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Энергия, 1978.— 176 с., ил.— (Массовая радиобиблиотека; Вып. 968).

Оставить комментарий

Устройство витков выходе генератора импульсов микросхемы мощности нагрузки напряжение напряжения питания приемника пример провода работы радоэлектроника сигнал сигнала сигналов сопротивление схема теория транзистора транзисторов управления усиления усилитель усилителя устройства частоты