Симисторные регуляторы мощности. Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой Лучшая схема сетевого регулятора для индуктивной нагрузки

НЕСКОЛЬКО ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ СХЕМ РЕГУЛЯТОРОВ МОЩНОСТИ

РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ НА СИМИСТОРЕ

Особенностями предлагаемого устройства являются использование D - триггера для построения генератора, синхронизированного с сетевым напряжением, и способ управления симистором с помощью одиночного импульса, длительность которого регулируется а втоматически. В отличие от других способов импульсного управления симистором, указанный способ некритичен к наличию в нагрузке индуктивной сос тавляющей. Импульсы генератора следуют с периодом приблизительно 1,3 с.
Питание микросхемы DD 1 производится током, протекающим через защитный диод, находящийся внутри микросхемы между ее выводами 3 и 14. Он течет, когда напряжение на этом выводе, соединенном с сетью через резистор R 4 и диод VD 5, превышает на пряжение стабилизации стабилитрона VD 4.

К. ГАВРИЛОВ, Радио, 2011, №2, с. 41

ДВУХКАНАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Регулятор содержит два независимых канала и позволяет поддерживать требуемую температуру для различных нагру зок: температуры жала паяльника, электроутюга, электрообогревателя, электроплиты и др. Глубина регулирования составляет 5...95% мощности питающей сети. Схема регулятора питается выпрямленным напряжением 9...11 В с трансформаторной развязкой от сети 220 В с малым током потребления.

В.Г. Никитенко, О.В. Никитенко, Радiоаматор, 2011, №4, с. 35

СИМИСТОРНЫЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ

Особенностью этого симисторного регулятора является то, что число подаваемых на нагрузку полупериодов сетевого на пряжения при любом положении органа управления оказывается четным. В результате, не образуется постоянная составляющая потребляемого тока и, следовательно, отсутствует подмагничивание магнитопроводов подклю ченных к регулятору трансформа торов и электродвигателей. Мощность р егулируется изменением числа периодов переменного на пряжения, приложенного к нагруз ке за определенный интервал времени. Регулятор предназначен для ре гулирования мощности приборов, обладающих значительной инерци ей (нагревателей и т. п.).
Для регу лирован ия яркости освещения он не пригоден, т. к. лампы будут сильно мигать.

В. КАЛАШНИК, Н. ЧЕРЕМИСИНОВА, В. ЧЕРНИКОВ, Радиомир, 2011, № 5 , с. 17 - 18

БЕСПОМЕХОВЫЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ

Большинство регуляторов напряжения (мощности) выполнено на тиристорах по схеме с фазоимпульсным управлением. Как известно, подобные устройства создают заметный уровень радиопомех. Предлагаемый регулятор свободен от этого недостатка. Особенность предлагаемого регулятора - управление амплитудой переменного напряжения, при котором не искажается форма выходного сигнала, в отличие от фазоимпульсного управления.
Регулирующий элемент - мощный транзистор VT1 в диагонали диодного моста VD1-VD4, включенного последовательно с нагрузкой. Основной недостаток устройства - его низкий КПД. Когда транзистор закрыт, ток через выпрямитель и нагрузку не проходит. Если на базу транзистора подать напряжение управления, он открывается, через его участок коллектор-эмиттер, диодный мост и нагрузку начинает проходить ток. Напряжение на выходе регулятора (на нагрузке) увеличивается. Когда транзистор открыт и находится в режиме насыщения, к нагрузке приложено практически все сетевое (входное) напряжение. Управляющий сигнал формирует маломощный блок питания, собранный на трансформаторе Т1, выпрямителе VD5 и сглаживающем конденсаторе С1.
Переменным резистором R1 регулируют ток базы транзистора, а следовательно, и амплитуду выходного напряжения. При перемещении движка переменного резистора в верхнее по схеме положение напряжение на выходе уменьшается, в нижнее - увеличивается. Резистор R2 ограничивает максимальное значение тока управления. Диод VD6 защищает узел управления при пробое коллекторного перехода транзистора. Регулятор напряжения смонтирован на плате из фольгиро- ванного стеклотекстолита толщиной 2,5 мм. Транзистор VT1 следует установить на теплоотвод площадью не менее 200 см2. При необходимости диоды VD1-VD4 заменяют более мощными, например Д245А, и также размещают на теплоотводе.

Если устройство собрано без ошибок, оно начинает работать сразу и практически не требует налаживания. Необходимо лишь подобрать резистор R2.
С регулирующим транзистором КТ840Б мощность нагрузки не должна превышать 60 Вт . Его можно заменить приборами: КТ812Б, КТ824А, КТ824Б, КТ828А, КТ828Б с допустимой рассеиваемой мощностью 50 Вт.; КТ856А -75 Вт.; КТ834А, КТ834Б - 100 Вт.; КТ847А-125 Вт. Мощность нагрузки допустимо увеличить, если регулирующие транзисторы одного типа включить параллельно: коллекторы и эмиттеры соединить между собой, а базы через отдельные диоды и резисторы подключить к движку переменного резистора.
В устройстве применим малогабаритный трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 5...8 В. Выпрямительный блок КЦ405Е можно заменить любым другим или собрать из отдельных диодов с допустимым прямым током не менее необходимого тока базы регулирующего транзистора. Эти же требования относятся и к диоду VD6. Конденсатор С1 - оксидный, например, К50-6, К50-16 и т. д., на номинальное напряжение не менее 15 В. Переменный резистор R1 - любой с номинальной мощностью рассеяния 2 Вт. При монтаже и налаживании устройства следует соблюдать меры предосторожности: элементы регулятора находятся под напряжением сети. Примечание: Для уменьшения искажения синусоидальной формы выходного напряжения попробуйте исключить конденсатор С1. А. Чекаров

Регулятор напряжения на MOSFET - транзисторах (IRF540, IRF840)

Олег Белоусов, Электрик, 201 2 , № 12 , с. 64 - 66

Так как физический принцип работы полевого транзистора с изолированным затвором отличается от работы тиристора и симмистора, то его в течение периода сетевого напряжения можно многократно включать и выключать. Частота коммутации мощных транзисторов в данной схеме выбрана 1 к Гц. Достоинством этой схемы является простота и возможность изменять скважность импульсов, мало изменяя при этом частоту повторения импульсов.

В авторской конструкции получены следующие длительности импульсов: 0,08 мс, при периоде следования 1 мс и 0,8 мс при периоде следования 0,9 мс, в зависимости от положения движка резистора R2.
Отключить напряжение на нагрузке можно, замкнув выключатель S 1, при этом на затворах MOSFET - транзисторов устанавливается напряжение, близкое к напряжению на 7 выводе микросхем ы. При разомкнутом тумблере напряжение на нагрузке в авторском экземпляре устройства можно было изменять рези стором R 2 в пределах 18...214 В (измерено прибором типа TES 2712).
Принципиальная схема подобного регулятора показан на рисунке ниже. В регуляторе использется отечественная микросхема К561ЛН2 на двух элементах которой собран генератор с регулируемой суважностью, а четыре эелемента используюся как усилители тока.

Для исключения помех по сети 220 послеловательно нагрузке рекомендуется подключить дроссель намотанный на ферритовом кольце диаметром 20...30 мм до заполнения проводом 1 мм.

Генератор тока нагрузки на биполярных транзисторах (КТ817 , 2SC3987)

Бутов А. Л. , Радиоконструктор, 201 2 , № 7 , с. 11 - 12

Для проверки работоспособности и настройки источников питания удобно использовать имитатор нагрузки в виде регулируемого генератора тока. С помощью такого устройства можно не только быстро настроить блок питания, стабилизатор напряжения, но и, например, использовать его как генератор стабильного тока для зарядки, разрядки аккумуля торных батарей, устройств электролиза, для электрохимического травления печатных плат, как стабилизатор тока питания электроламп, для «мягкого» пуска коллекторных электродвигателей.
Устройство является двухполюсником, не требует дополнитель ного источника питания и может включаться в разрыв цепи питания различных устройств и исполнительных механизмов.
Диапазон регулировки тока от 0...0 , 16 до 3 А, максимальная потребляемая (рассеиваемая) мощность 40 Вт, диапазон питающих напряжений 3...30 В постоянного тока. Ток потребления регулируется переменным резистором R 6. Чем левее по схеме движок резистора R6, тем больший ток потребляет устрой ство. При разомкнутых контактах переключателя SA 1 резистором R6 можно установить ток потребления от 0,16 до 0,8 А. При замкнутых контактах этого переключателя ток регулируется в интервале 0,7... 3 А.

Чертеж печатной платы генератора тока

Имитатор автомобильного аккумулятора (КТ827)

В. МЕЛЬНИЧУК, Радиомир, 201 2 , № 1 2 , с. 7 - 8

При переделке компьютерных импульсных блоков питания (ИБП) подзарядные устройства (ЗУ) для автомобильных аккумуляторов готовые изделия в процессе наладки необходимо чем - то нагружать. Поэтому я решил изготовить аналог мощного стабилитрона с регулируемым напряжением стабилизации, схем а которого показана на рис. 1 . Резистором R 6 можно регулировать напряжение стабилизации от 6 до 16 В. Всего было сделано два таких устройства. В первом варианте в качестве транзис торов VT 1 и VT 2 применены КТ 803.
Внутреннее сопротивление такого стабилитрона оказалось слишком велико. Так, при токе 2 А напряжение стабилизации составило 12 В, а при 8 А - 16 В. Во втором варианте использованы составные транзисторы КТ827. Здесь при токе 2 А напряжение стабилизации составило 12 В, а при 10 А - 12,4 В.

Однако при регулировке более мощных потребителей, например электрокотлов симисторные регуляторы мощности становятся не пригодными - уж слишком большую помеху по сети они будут создавать. Для решения этой проблемы лучше использовать регуляторы с бОльшим периодом режимов ВКЛ-ВЫКЛ, что однозначно исключает возникновение помех. Один из вариантов схемы приведен .

В статье рассказывается о том, как работает тиристорный регулятор мощности, схема которого будет представлена ниже

В повседневной жизни очень часто возникает необходимость регулирования мощности бытовых приборов, например электроплиты, паяльника, кипятильников и ТЭНов, на транспорте - оборотов двигателя и т.д. На помощь приходит простейшая радиолюбительская конструкция - регулятор мощности на тиристоре. Собрать такое устройство не составит труда, оно может стать тем самым первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала паяльника начинающего радиолюбителя. Стоит отметить, что готовые паяльные станции с контролем температуры и прочими приятными функциями стоят на порядок дороже простого паяльника. Минимальный набор деталей позволяет собрать простой тиристорный регулятор мощности навесным монтажом.

К сведению, навесной монтаж — это способ сборки радиоэлектронных компонентов без применения печатной платы, а при хорошем навыке он позволяет быстро собрать электронные устройства средней сложности.

Вы также можете заказать тиристорного регулятора, а для тех, кто хочет разобраться во всём самостоятельно, ниже будет представлена схема и объяснён принцип работы.

Между прочим, это однофазный тиристорный регулятор мощности. Такой прибор может быть использован для управления мощностью или количеством оборотов. Однако для начала следует разобраться в ведь это позволит нам понять, на какую нагрузку лучше использовать такой регулятор.

Как работает тиристор?

Тиристор - это управляемый полупроводниковый прибор, способный проводить ток в одном направлении. Слово «управляемый» употреблено неспроста, поскольку с его помощью, в отличие от диода, который тоже проводит ток только к одному полюсу, можно выбирать момент, когда тиристор начнет проводить ток. Тиристор имеет три вывода:

• Анод.
• Катод.
• Управляющий электрод.

Для того чтобы ток начал течь через тиристор, необходимо выполнить следующие условия: деталь должна стоять в цепи, находящейся под напряжением, на управляющий электрод должен быть подан кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление тиристором не требует удержания управляющего сигнала. На этом нюансы не заканчиваются: тиристор можно закрыть, лишь прервав ток в цепи, или сформировав обратное напряжение анод - катод. Это значит, что использование тиристора в цепях постоянного тока весьма специфично и часто неблагоразумно, а вот цепях переменного, например в таком приборе как тиристорный регулятор мощности, схема построена таким образом, что обеспечено условие для закрытия. Каждая из полуволн будет закрывать соответствующий тиристор.

Вам, скорее всего, не всё понятно? Не стоит отчаиваться - ниже будет подробно описан процесс работы готового устройства.

Область применения тиристорных регуляторов

В каких цепях эффективно использовать тиристорный регулятор мощности? Схема позволяет отлично регулировать мощность нагревательных приборов, то есть воздействовать на активную нагрузку. При работе с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры могут просто не закрыться, что может привести к выходу регулятора из строя.

Можно ли двигателя?

Я думаю, многие из читателей видели или пользовались дрелями, углошлифовальными машинами, которые в народе именуют "болгарками", и прочим электроинструментом. Вы могли заметить, что количество оборотов зависит от глубины нажатия на кнопку-курок прибора. Вот в этот элемент как раз и встроен такой тиристорный регулятор мощности (схема которого приведена ниже), с помощью которого осуществляется изменение количества оборотов.

Обратите внимание! Тиристорный регулятор не может изменять обороты асинхронных двигателей. Таким образом, напряжение регулируется на коллекторных двигателях, оборудованных щёточным узлом.

Схема одном и двух тиристорах

Типовая схема для того, чтобы собрать тиристорный регулятор мощности своими руками изображена на рисунке ниже.

Выходное напряжение у данной схемы от 15 до 215 вольт, в случае применения указанных тиристоров, установленных на теплоотводах, мощность составляет порядка 1 кВт. Кстати выключатель с регулятором яркости света сделан по подобной схеме.

Если у вас нет необходимости полной регулировки напряжения и достаточно получать на выходе от 110 до 220 вольт, воспользуйтесь этой схемой, которая показывает однополупериодный регулятор мощности на тиристоре.

Как это работает?

Описанная ниже информация справедлива для большинства схем. Буквенные обозначения будут браться в соответствии первой схемы тиристорного регулятора

Тиристорный регулятор мощности, принцип работы которого основан на фазовом управлении величиной напряжения, изменяет и мощность. Данный принцип заключается в том, что в нормальных условиях на нагрузку действует переменное напряжение бытовой сети, изменяющееся по синусоидальному закону. Выше, при описании принципа работы тиристора, было сказано, что каждый тиристор работает в одном направлении, то есть управляет своей полуволной от синусоиды. Что это значит?

Если с помощью тиристора периодически подключать нагрузку в строго определенный момент, величина действующего напряжения будет ниже, поскольку часть напряжения (действующая величина, которая «попадёт» на нагрузку) будет меньше, чем сетевое. Данное явление проиллюстрировано на графике.

Заштрихованная область - это и есть область напряжения, которое оказалось под нагрузкой. Буквой «а» на горизонтальной оси обозначен момент открытия тиристора. Когда положительная полуволна закончится и начнется период с отрицательной полуволной, один из тиристоров закрывается, и в тот же момент открывается второй тиристор.

Разберемся, как работает конкретно наш тиристорный регулятор мощности

Схема первая

Оговорим заранее, что вместо слов "положительная" и "отрицательная" будут использованы «первая» и «вторая» (полуволна).

Итак, когда на нашу схему начинает действовать первая полуволна, начинают заряжаться ёмкости C1 и C2. Скорость их заряда ограничена потенциометром R5. данный элемент является переменным, и с его помощью задаётся выходное напряжение. Когда на конденсаторе C1 появляется необходимое для открытия динистора VS3 напряжение, динистор открывается, через него поступает ток, с помощью которого будет открыт тиристор VS1. Момент пробоя динистора и есть точка «а» на графике, представленном в предыдущем разделе статьи. Когда значение напряжения переходит через ноль и схема оказывается под второй полуволной, тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется заново, только для второго динистора, тиристора и конденсатора. Резисторы R3 и R3 служат для управления, а R1 и R2 - для термостабилизации схемы.

Принцип работы второй схемы аналогичен, но в ней идёт управление только одной из полуволн переменного напряжения. Теперь, зная принцип работы и схему, вы можете собрать или починить тиристорный регулятор мощности своими руками.

Применение регулятора в быту и техника безопасности

Нельзя не сказать о том, что данная схема не обеспечивает гальванической развязки от сети, поэтому существует опасность поражения электрическим током. Это значит, что не стоит касаться руками элементов регулятора. Необходимо использовать изолированный корпус. Следует проектировать конструкцию вашего прибора так, чтобы по возможности вы могли спрятать её в регулируемом устройстве, найти свободное место в корпусе. Если регулируемый прибор располагается стационарно, то вообще имеет смысл подключить его через выключатель с регулятором яркости света. Такое решение частично обезопасит от поражения током, избавит от необходимости поиска подходящего корпуса, имеет привлекательный внешний вид и изготовлено промышленным методом.

В электротехнике довольно часто приходиться встречаться с задачами регулирования переменного напряжения, тока или мощности. Например, для регулирования частоты вращения вала коллекторного двигателя необходимо регулировать напряжение на его зажимах, для управления температурой внутри сушильной камеры нужно регулировать мощность, выделяемую в нагревательных элементах, для достижения плавного безударного пуска асинхронного двигателя - ограничивать его пусковой ток. Распространенным решением является устройство, называемое тиристорный регулятор.

Устройство и принцип действия однофазного тиристорного регулятора напряжения

Тиристорные регуляторы бывают однофазные и трехфазные соответственно для однофазных и трехфазных сетей и нагрузок. В этой статье мы рассмотрим простейший однофазный тиристорный регулятор, - в других статьях. Итак, на рисунке 1 ниже представлен однофазный тиристорный регулятор напряжения:

Рис.1 Простой однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Сам тиристорный регулятор обведен голубыми линиями и включает в себя тиристоры VS1-VS2 и систему импульсно-фазового управления (далее - СИФУ). Тиристоры VS1-VS2 - полупроводниковые приборы, имеющие свойство быть закрытыми для протекания тока в нормальном состоянии и быть открытыми для протекания тока одной полярности при подаче напряжения управления на его управляющий электрод. Поэтому для работы в сетях переменного тока необходимо два тиристора, включенных разнонаправлено - один для протекания положительной полуволны тока, второй - отрицательной полуволны. Такое включение тиристоров называется встречно-параллельным.

Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой

Работает тиристорный регулятор так. В начальный момент времени подается напряжение L-N (фаза и ноль в нашем примере), при этом импульсы управляющего напряжения на тиристоры не подаются, тиристоры закрыты, ток в нагрузке Rн отсутствует. После получения команды на запуск СИФУ начинает формировать импульсы управления по определенному алгоритму (см.рис. 2).

Рис.2 Диаграмма напряжения и тока в активной нагрузке

Сначала система управления синхронизируется с сетью, то есть определяет момент времени, в который напряжение сети L-N равно нулю. Эта точка называется моментом перехода через ноль (в иностранной литературе - Zero Cross). Далее отсчитывается определенное время T1 от момента перехода через ноль и подается импульс управления на тиристор VS1. При этом тиристор VS1 открывается и через нагрузку протекает ток по пути L-VS1-Rн-N. При достижении следующего перехода через ноль тиристор автоматически закрывается, так как не может проводить ток в обратном направлении. Далее начинается отрицательный полупериод сетевого напряжения. СИФУ снова отсчитывает время Т1 относительно уже нового момента перехода напряжения через ноль и формирует второй импульс управления уже тиристором VS2, который открывается, и через нагрузку протекает ток по пути N-Rн-VS2-L. Такой способ регулирования напряжения называется фазо-импульсный .

Время Т1 называется временем задержки отпирания тиристоров, время Т2 - время проводимости тиристоров. Изменяя время задержки отпирания T1 можно регулировать величину выходного напряжения от нуля (импульсы не подаются, тиристоры закрыты) до полного сетевого, если импульсы подаются сразу в момент перехода через ноль. Время задержки отпирания T1 варьируется в пределах 0..10 мс (10 мс - это длительность одного полупериода напряжения стандартной сети 50 Гц). Также иногда говорят о временах T1 и Т2, но оперируют при этом не временем, а электрическими градусами. Один полупериод составляет 180 эл.градусов.

Что представляет выходное напряжение тиристорного регулятора? Как видно из рисунка 2, оно напоминает « обрезки» синусоиды. Причем чем больше время Т1, тем меньше этот „обрезок“ напоминает синусоиду. Из этого следует важный практический вывод - при фазо-импульсном регулировании выходного напряжение несинусоидально. Это обуславливает ограничение области применения — тиристорный регулятор не может быть применен для нагрузок, не допускающих питание несинусоидальным напряжением и током. Так же на рисунке 2 красным цветом показана диаграмма тока в нагрузке. Поскольку нагрузка чисто активная, то форма тока повторяет форму напряжения в соответствии с законом Ома I=U/R.

Случай активной нагрузки является наиболее распространенным. Одно из самых частых применений тиристорного регулятора - регулирование напряжения в ТЭНах. Регулируя напряжение, изменяется ток и выделяемая в нагрузке мощность. Поэтому иногда такой регулятор также называют тиристорным регулятором мощности . Это верно, но все-таки более верное название - тиристорный регулятор напряжения, так как именно напряжение регулируется в первую очередь, а ток и мощность - это величины уже производные.

Регулирование напряжения и тока в активно-индуктивной нагрузке

Мы рассмотрели простейший случай активной нагрузки. Зададимся вопросом, что изменится, если нагрузка будет иметь помимо активной еще и индуктивную составляющую? Например, активное сопротивление подключено через понижающий трансформатор (рис.3). Это кстати очень распространенный случай.

Рис.3 Тиристорный регулятор работает на RL-нагрузку

Посмотрим внимательно на рисунок 2 из случая чисто активной нагрузки. На нем видно, что сразу после включения тиристора ток в нагрузке почти мгновенно нарастает от нуля до своего предельного значения, обусловленного текущим значением напряжения и сопротивления нагрузки. Из курса электротехники известно, что индуктивность препятствует такому скачкообразному нарастанию тока, поэтому диаграмма напряжения и тока будет иметь несколько отличный характер:

Рис.4 Диаграмма напряжения и тока для RL-нагрузки

После включения тиристора ток в нагрузке нарастает постепенно, благодаря чему кривая тока сглаживается. Чем больше индуктивность, тем более сглаженная кривая тока. Что это дает практически?

— Наличие достаточной индуктивности позволяет приблизить форму тока к синусоидальной, то есть индуктивность выполняет роль синус фильтра. В данном случае это наличие индуктивности обусловлено свойствами трансформатора, но часто индуктивность вводят преднамеренно в виде дросселя.

— Наличие индуктивности уменьшает величину помех, распространяемых тиристорным регулятором по проводам и в радиоэфир. Резкое, почти мгновенное (в течение нескольких микросекунд) нарастание тока вызывает помехи которые могут препятствовать нормальной работе другого оборудования. А если питающая сеть « слабая», то бывает и совсем курьез - тиристорный регулятор может „глушить“ сам себя своими же помехами.

— У тиристоров есть важный параметр - величина критической скорости нарастания тока di/dt. Например, для тиристорного модуля SKKT162 эта величина составляет 200 А/мкс. Превышение этой величины опасно, так как может привести к выходу тиристору из строя. Так вот наличие индуктивности дает возможность тиристору остаться в области безопасной работы, гарантированно не превысив предельную величину di/dt. Если же это условие не выполняется, то может наблюдаться интересное явление - выход тиристоров из строя, притом что ток тиристоров не превышает их номинального значения. Например, тот же SKKT162 может выходить из строя при токе в 100 А, хотя он может нормально работать до 200 А. Причиной будет превышение именно скорости нарастания тока di/dt.

Кстати, надо оговориться, что индуктивность в сети есть всегда, даже если нагрузка носит чисто активный характер. Ее наличие обусловлено, во-первых, индуктивностью обмоток питающей трансформаторной подстанции, во вторых, собственной индуктивностью проводов и кабелей и, в третьих, индуктивностью петли, образованной питающими и нагрузочными проводами и кабелями. И чаще всего этой индуктивности хватает, чтобы обеспечить условие непревышения di/dt критического значения, поэтому производители обычно не ставят в тиристорные регуляторы , предлагая их как опцию тем, кого беспокоит « чистота» сети и электромагнитная совместимость устройств к ней подключенных.

Также обратим внимание диаграмму напряжения на рисунке 4. На ней также видно, что после перехода через ноль на нагрузке появляется небольшой выброс напряжения обратной полярности. Причина его возникновения - затягивание спадания тока в нагрузке индуктивностью, благодаря чему тиристор продолжает быть открытым даже при отрицательной полуволне напряжения. Запирание тиристора происходит при спадания тока до нуля с некоторым запаздыванием относительно момента перехода через ноль.

Случай индуктивной нагрузки

Что будет если индуктивная составляющая много больше составляющей активной? Тогда можно говорить о случае чисто индуктивной нагрузки. Например, такой случай можно получить, отключив нагрузку с выхода трансформатора из предыдущего примера:

Рисунок 5 Тиристор регулятор с индуктивной нагрузкой

Трансформатор, работающий в режиме холостого хода - почти идеальная индуктивная нагрузка. В этом случае из-за большой индуктивности момент запирания тиристоров смещается ближе к середине полупериода, а форма кривой тока максимально сглаживается до почти синусоидальной формы:

Рисунок 6 Диаграммы тока и напряжение для случая индуктивной нагрузки

При этом напряжение на нагрузке почти равно полному сетевому, хотя время задержки отпирания составляет всего половину полупериода (90 эл.градусов) То есть при большой индуктивности можно говорить о смещении регулировочной характеристики. При активной нагрузке максимальное выходное напряжение будет при угле задержки отпирания 0 эл.градусов, то есть в момент перехода через ноль. При индуктивной нагрузке максимум напряжения можно получить при угле задержки отпирания 90 эл.градусов, то есть при отпирании тиристора в момент максимума сетевого напряжения. Соответственно, случаю активно-индуктивной нагрузки максимум выходного напряжения соответствует углу задержки отпирания в промежуточном диапазоне 0..90 эл.градусов.

Полупроводниковый прибор, имеющий 5 p-n переходов и способный пропускать ток в прямом и обратном направлениях, называется симистором. Из-за неспособности работы на высоких частотах переменного тока, высокой чувствительности к электромагнитным помехам и значительного тепловыделения при коммутации больших нагрузок, в настоящее время широкого применения в мощных промышленных установках они не имеют.

Там их с успехом заменяют схемы на тиристорах и IGBT-транзисторах. Но компактные размеры прибора и его долговечность в сочетании с невысокой стоимостью и простотой схемы управления позволили найти им применение в сферах, где указанные выше недостатки не имеют существенного значения.

Сегодня схемы на симисторах можно найти во многих бытовых приборах от фена до пылесоса, ручном электроинструменте и электронагревательных устройствах – там, где требуется плавная регулировка мощности.

Принцип работы

Регулятор мощности на симисторе работает подобно электронному ключу, периодически открываясь и закрываясь, с частотой, заданной схемой управления. При отпирании симистор пропускает часть полуволны сетевого напряжения, а значит потребитель получает только часть номинальной мощности.

Делаем своими руками

На сегодняшний день ассортимент симисторных регуляторов в продаже не слишком велик. И, хотя цены на такие устройства невелики, зачастую они не отвечают требованиям потребителя. По этой причине рассмотрим несколько основных схем регуляторов, их назначение и используемую элементную базу.

Схема прибора

Простейший вариант схемы, рассчитанный для работы на любую нагрузку. Используются традиционные электронные компоненты, принцип управления фазово-импульсный.

Основные компоненты:

• симистор VD4, 10 А, 400 В;
• динистор VD3, порог открывания 32 В;
• потенциометр R2.

Ток, протекающий через потенциометр R2 и сопротивление R3, каждой полуволной заряжает конденсатор С1. Когда на обкладках конденсатора напряжение достигнет 32 В, произойдёт открытие динистора VD3 и С1 начнёт разряжаться через R4 и VD3 на управляющий вывод симистора VD4, который откроется для прохождения тока на нагрузку.

Длительность открытия регулируется подбором порогового напряжения VD3 (величина постоянная) и сопротивлением R2. Мощность в нагрузке прямо пропорциональна величине сопротивления потенциометра R2.

Дополнительная цепь из диодов VD1 и VD2 и сопротивления R1 является необязательной и служит для обеспечения плавности и точности регулировки выходной мощности. Ограничение тока, протекающего через VD3, выполняет резистор R4. Этим достигается необходимая для открытия VD4 длительность импульса. Предохранитель Пр.1 защищает схему от токов короткого замыкания.

Отличительной особенностью схемы является то, что динистор открывается на одинаковый угол в каждой полуволне сетевого напряжения. Вследствие этого не происходит выпрямление тока, и становится возможным подключение индуктивной нагрузки, например, трансформатора.

Подбирать симисторы следует по величине нагрузке, исходя из расчёта 1 А = 200 Вт.

Используемые элементы:

• Динистор DB3;
• Симистор ТС106-10-4, ВТ136-600 или другие, требуемого номинала по току 4-12А.
• Диоды VD1, VD2 типа 1N4007;
• Сопротивления R1100 кОм, R3 1 кОм, R4 270 Ом, R5 1,6 кОм, потенциометр R2 100 кОм;
• С1 0,47 мкФ (рабочее напряжение от 250 В).

Отметим, что схема является наиболее распространённой, с небольшими вариациями. Например, динистор может быть заменён на диодный мост или может быть установлена помехоподавляющая RC цепочка параллельно симистору.

Более современной является схема с управлением симистора от микроконтроллера – PIC, AVR или другие. Такая схема обеспечивает более точную регулировку напряжения и тока в цепи нагрузки, но является и более сложной в реализации.

Сборка

Сборку регулятора мощности необходимо производить в следующей последовательности:

1. Определить параметры прибора, на который будет работать разрабатываемое устройство. К параметрам относятся: количество фаз (1 или 3), необходимость точной регулировки выходной мощности, входное напряжение в вольтах и номинальный ток в амперах.
2. Выбрать тип устройства (аналоговый или цифровой), произвести подбор элементов по мощности нагрузки. Можно проверить своё решение в одной из программ для моделирования электрических цепей – Electronics Workbench, CircuitMaker или их онлайн аналогах EasyEDA, CircuitSims или любой другой на ваш выбор.
3. Рассчитать тепловыделение по следующей формуле: падение напряжения на симисторе (около 2 В) умножить на номинальный ток в амперах. Точные значения падения напряжения в открытом состоянии и номинальный пропускаемый ток указаны в характеристиках симистора. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах. Подобрать по рассчитанной мощности радиатор.
4. Закупить необходимые электронные компоненты , радиатор и печатную плату.
5. Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
6. Установить элементы на плату при помощи пайки. Если нет возможности подготовить печатную плату, то можно использовать для соединения компонентов навесной монтаж, используя короткие провода. При сборке особое внимание уделить полярности подключения диодов и симистора. Если на них нет маркировки выводов, то или «аркашки».
7. Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
8. Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
9. Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
10. Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
11. Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
12. Если результат устраивает, то можно подключать нагрузку к выходу регулятора. В противном случае необходимо произвести регулировки мощности.

Регулировка мощности

За регулировку мощности отвечает потенциометр, через который заряжается конденсатор и разрядная цепь конденсатора. При неудовлетворительных параметрах выходной мощности следует подбирать номинал сопротивления в разрядной цепи и, при малом диапазоне регулировки мощности, номинал потенциометра.

• продлить срок службы лампы, регулировать освещение или температуру паяльника поможет простой и недорогой регулятор на симисторах.
• выбирайте тип схемы и параметры компонентов по планируемой нагрузке.
• тщательно проработайте схемные решения.
• будьте внимательны при сборке схемы , соблюдайте полярность полупроводниковых компонентов.
• не забывайте, что электрический ток есть во всех элементах схемы и он смертельно опасен для человека.

В последнее пора настоящий ренессанс переживают резисторные и транзисторные регуляторы мощности. Они самые неэкономичные. Повысить КПД регулятора можно так же, как и регулятора включением диода (см.рисунок). При этом достигается более удобный предел регулирования (50-100%). Полупроводниковые приборы можно разместить на одном радиаторе. Ю.И.Бородатый, Ивано-Франковская обл. Литература 1.Данильчук А.А. Регулятор мощности для паяльника / /Радиоаматор-Электрик. -2000. -№9. -С.23. 2.Риштун А Регулятор потужности на шести деталях //Радиоаматор-Электрик. -2000. -№11. -С.15....

Для схемы "РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ"

В нагрузку данного простого регулятора можно включать лампы накаливания, нагревательные устройства различного типа и проч., по соответствующие применяемым тиристорам. Методика настройки регулятора, содержится в подборе переменного регулирующего резистора. Однако, лучше всего подобрать такой потенциометр, последовательно с постоянным резистором, чтобы напряжение на выходе регулятора изменялось в максимально возможных широких пределах. А.АНДРИЕНКО, г.Кострома....

Для схемы "ПРОСТОЙ РЕГУЛЯТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ЖАЛА ПАЯЛЬНИКА"

Бытовая электроникаПРОСТОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЖАЛА ПАЯЛЬНИКАС.ГРИЩЕНКО 394000, г.Воронеж, ул.Мало-Смольнская, 6 -3. Эта схема не является моей собственной разработкой. Я в первый раз увидел ее в журнале "Радио" . Думаю, она заинтересует многих радиолюбителей своей простотой. Устройство позволяет регулировать мощность паяльника от половинной до максимальной. При указанных на схеме элементах мощность нагрузки не должна превышать 50 Вт, но в течение часа схема может перенести и нагрузку 100 Вт без особых последствий.Схема регулятора приведена на рисунке. Если тиристор VD2 заместить на КУ201, а диод VD1 - на КД203В, мощность подключаемой можно немаловажно увеличить. Выходная мощность минимальна в крайнем левом (по схеме) положении движка R2. В моем варианте смонтирован в подставке настольной лампы методом навесного монтажа. При этом экономится одна сетевая розетка, которых, как понятно, вечно не хватает. Этот работает у меня в течение 14 лет без каких-либо нареканий.Литература 1. Радио, 1975,N6,C.53....

Для схемы "Простой регулятор мощности"

Индуктивная нагрузка в цепи регулятора предъявляет жесткие требования к схемам менеджмента симисторов- синхронизация системы менеджмента должна осуществляться непосредственно от питающей сети сигнал должен иметь длительность равную интервалу проводимости симистора. На рисунке приведена схема регулятора удовлетворяющего этим требованиям в котором используется сочетание динистора и симистора Постоянная времени (R4 + R5)C3 определяет угол запаздывания отпирания динистора VS1 а значит и симистора VS2 Перемещением ползунка переменного резистора R5 регулируют мощность потребляемую нагрузкой. Конденсатор С2 и резистор R2 используются для синхронизации и обеспечения длительности сигнала менеджмента Конденсатор СЗ перезаряжается от С2 после переключения так как в конце каждого полупериода на нем оказывается напряжение обратной полярности. Для защиты от помех создаваемых регулятором введены два Фильтра R1C1 - в цепь питания и R7C4 - в цепь нагрузки. Для налаживания устройства нужно резистор R5 поставить в положение максимального сопротивления и резистором R3 установить минимальную мощность на нагрузке Конденсаторы С1 и С4 типа К40П-2Б на 400 В конденсаторы С2 и СЗ типа К73-17 на 250 В Диодный мост VD1 можно сменить диодами КД105Б Выключатель SA1 рассчитан на ток не менее 5 A. В.Ф.Яковлев, г.Шостка, Сумская обл. ...

Для схемы "Симисторный регулятор мощности"

Предлагаемое устройство (рис.1) представляет собой фазовый мощности, способный работать с нагрузкой от нескольких ватт до единиц киловатт. Эта конструкция представляет собой переработку ранее разработанного устройства . Применение иной элементной базы позволило упростить силовой узел конструкции, повысить надежность и улучшить эксплуатационные характеристики регулятора. Как и в прототипе, в этом регуляторе имеется плавная и ступенчатая регулировка поступающей на нагрузку мощности. Кроме того, в любой момент (не трогая ручки регулятора) устройство можно перевести в режим работы, когда на нагрузку поступает почти 100% мощности. При этом практически отсутствуют радиопомехи. Силовой ключ построен на мощном симисторе VS2. Минимальная мощность подключаемой может быть от 3 до 10 Вт. максимальная (1.5 кВт) ограничена типом используемого симистора, условиями его охлаждения и конструкцией помехоподавляющих дросселей. Структурная схема микросхемы 251 1НТ На маломощных транзисторах VT3. VT4 собран аналог однопереходного транзистора, который армирует короткие импульсы, открывающие маломощный высоковольтный тиристор VS1. Мощность, поступающая на нагрузку, зависит от сопротивления переменного резистора R6. Открывшийся маломощный тиристор, в свою очередь, открывает мощный симистор VS2. Через открывшийся симистор на нагрузку поступает напряжение питания.Чтобы иметь вероятность, например, на пора уменьшить яркость свечения лампы или температуру паяльника. а потом вернуться к прежнему установленному значению, на микросхеме DD1 построен узел ступенчатого менеджмента мощностью. При первом нажатии на кнопку SB1 триггер DD1.2 переключается, на выходе 1 DD1.2 появляется большой логический уровень напряжения ("Г), транзистор VT2 открывается и шунтирует цепь ограничения амплитуды сетевого напряжения VD2-HL2. Мощнос...

Электропитание"МЯГКАЯ" НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИ При подключении и отключении нагрузки в электросети нередко возникают помехи, которые нарушают нормальную работу чувствительных электронных приборов и электрических систем. Устройство, схема которого показана на рис. 1, реализует "мягкое" подключение и отключение нагрузки. =МЯГКАЯ НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИPuc.1При замыкании контактов выключателя SA1 в процессе зарядки конденсатора С1 (через резистор R1), транзистор VT1 постепенно открывается и ток коллектора плавно нарастает до значения, определяемого соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2. Соответственно плавно возрастает и ток в нагрузке. При выключении конденсатор разряжается через резистор R2 и переход база-эмиттер транзистора. Ток плавно снижается до нуля. При указанных на схеме значениях элементов и 200 Вт длительность процесса включения составляет 0,1 с, выключения - 0,5с. Как проверить микросхему к174пс1 Потери напряжения в этом устройстве относительно небольшие, они определяются суммой прямого падения на двух диодах и участке коллектор - эмиттер работающего транзистора, которое приблизительно составляет: Uce(B)=0,7+R1*Iн/h21э В зависимости от тока нагрузки и коэффициента передачи тока базы транзистора следует подобрать резистор R) таким образом, чтобы падение напряжения на транзисторе и мощность рассеяния на нем поддерживались бы в включенном состоянии на допустимом уровне. =МЯГКАЯ НАГРУЗКА В ЭЛЕКТРОСЕТИPuc.2В варианте устройства, изображенном на рис. 2, предусмотрена броня...

Для схемы "ПЛАВНОЕ ЗАЖИГАНИЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ"

Бытовая электроникаПЛАВНОЕ ЗАЖИГАНИЕ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ Устройство обеспечивает защиту осветительной лампы от бросков тока в момент включения и плавный разогрев ее нити накала, а также регулировку максимальной мощности нагрузки. Преимущество его перед некоторыми подобными, например, опубликованными в - простота, сочетающаяся с довольно высокой надежностью. За основу (см. схему) взят способ фазоимпульсного менеджмента тринистором, описанный в [З]. Принцип действия такого устройства хорошо известен читателям "Радио", а потому рассмотрим подробно лишь работу ещё вводимой цепи автоматического менеджмента мощностью нагрузки, состоящую из диода VD4, конденсатора С1 и резисторов R2, R3. Сразу после включения в сеть конденсатор С1 начинает заряжаться импульсами тока, текущего через резистор R2, диод VD4 и резистор R3. Пиковое роль напряжения в точке А пока недостаточно для открывания однопереходного транзистора VT1, поэтому он закрыт, закрыт, безусловно, и тринистор VS1. В это час ток через нагрузку EL1 не протекает. Т160 схема регулятора тока По мере зарядки конденсатора С1 роль импульсного напряжения в точке А увеличивается. Когда она достигает порога открывания транзистора, конденсатор С1 начинает разряжаться через его переход эмиттер-база, в результате чего на управляющий электрод тринистора поступают открывающие его короткие импульсы. Мощность, рассеиваемая в нагрузке, определяется фазовым сдвигом между управляющим импульсом и началом периода анодного напряжения тринистора, а также частотой следования управляющих импульсов, поскольку в начале процесса один импульс формируется за несколько периодов сетевого напряжения. Эти два параметра, определяющие функционирование тринистора, зависят от скорости зарядки конденсатора С2, т. е. от пикового напряжения в точке А и сопротивления введенной части переменного резистора R4. По мере зарядки конденсатора С1 (спустя 1...2 с) средний ток, протекающий через диод VD4, умень...

Для схемы "ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПН-32"

ЭлектропитаниеПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ПН-32(С) РИНТЕЛСай Олег, (RA3XBJ).Преобразователь предназначен для питания аппаратуры с номинальным напряжением 12 В (СВ радиостанции, магнитолы, телевизоры и т.п.) от бортовой сети автомобилей с напряжением 24 В. Максимальный ток нагрузки преобразователя до 3А кратковременно и 2-2.5 А длительно (определяется площадью радиатора выходного транзистора). КПД 75-90% в зависимости от тока нагрузки. Схема преобразователя не содержит дефицитных деталей. Дроссель намотан на ферритовом кольце диаметром 32 мм и имеет 50 витков провода ПЭТВ-0.63. Габариты преобразователя 65х90х40 мм.Вопросы по конструкции можно задать автору [email protected]...