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.

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.

Тиристорный зарядный блок Красимира Рилчева предназначен для зарядки аккумуляторов грузовых автомобилей и тракторов. Он обеспечивает плавно регулируемый (резистором RP1) зарядный ток до 30 А. Принцип регулирования - фазоимпульсный на основе тиристоров, обеспечивающий максимальный КПД, минимальную рассеиваемую мощность и не требующий мощных выпрямительных диодов. Сетевой трансформатор выполнен на магнитопроводе сечением 40 см2, первичная обмотка содержит 280 витков ПЭЛ-1,6, вторичная 2x28 витков ПЭЛ-3,0. Тиристоры установлены на радиаторах 120x120 мм. ...

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 "РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ"

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]...

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 мощности 200 Вт длительность процесса включения составляет 0,1 с, выключения - 0,5с. Т160 схема регулятора тока 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 от перегрузок и коротких замыканий. При превышении тока установленной величины падение...

Для схемы "Индикатор подключения нагрузки"

Искать включатель освещения или розетку в темноте - дело малоприятное. В продаже появились бытовые включатели освещения, оснащенные индикаторами, подсвечивающими их местоположение. Немного усовершенствовав схему, такой индикатор можно превратить в индикатор подключения нагрузки.Индикатор подключения нагрузки (ИПН) представпяет собой устройство, встроенное вовнутрь розетки и индицирующее наличие контакта между вставленной сетевой вилкой от какого-либо бытового прибора и розеткой. Особенно удобен индикатор, если подключаемые приборы не имеют собственного сетевого индикатора. ИПН также полезен для радиоэлектронных изделий, у которых индикаторы включения находятся во вторичной цепи питания, поскольку позволяет проверить их входные цепи.ИПН состоит из:- датчика тока нагрузки на диодах VD2...VD6; - Г-образного фильтра R1-C1; - ключа на полевом транзисторе VT1; - блока индикации на элементах VD9, VD10, R2, HL1.Если к розетке XS1 не подключена нагрузка, то через диоды VD1...VD6 ток не протекает, накопительный конденсатор С1 разряжен и полевой транзистор VT1 закрыт. Регулятор мощности на тс122 25 Ток стока VT1 равен нулю, индикатор HL1 не светится.При подключении нагрузки к розетке XS1 ток нагрузки протекает через встреч но-параллельно включенные диод VD1 и цепочку диодов VD2...VD6. Отрицательные полуволны сетевого напряжения проходят через VD1. а положительные - через VD2.. .VD6. Падение напряжения на диодах VD2...VD6 через резистор R1 поступает на накопительный конденсатор С1 и заряжает его до величины, превышающей напряжение отсечки полевого транзистора VT1. Транзистор VT1 открывается, и через его канал исток-сток, резистор R2, светодиод HL1 и диод VD9 протекает ток. Светодиод HL1 ослепительно светится, сигнализируя о подключении нагрузки. Резистор R2 является токоограничительным, диод VD9 запрещает протекание тока через нагрузку при обратных полупериодах сетевого напряжения. Диод VD10 защищает HL1 от обратного напряжения....

Для схемы "Простой регулятор мощности"

Индуктивная нагрузка в цепи регулятора мощности 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 "Устройство удержания телефонной линии"

ТелефонияУстройство удержания телефонной линии Предлагаемое устройствовыполняет функцию удержания телефонной линии ("HOLD"), чтопозволяет во час разговора положить трубку на рычаг и перейти кпараллельному телефонному аппарату. Устройство не перегружает телефонную линию (ТЛ) ине создает в ней помех. Во час срабатывания вызывающий абонент слышитмузыкальную заставку. Схема устройства удержания телефонной линиипоказана на рисунке. Выпрямительный мост на диодах VD1-VD4 обеспечиваетнужную полярность питания устройства независимо от полярности подключенияего к ТЛ. Переключатель SF1 связан с рычагом телефонного аппарата (ТА) изамыкается при поднятии трубки (т.е. блокирует кнопку SB1 при положенной трубке). Если во час разговора нужно перейти к параллельному ТА, надократковременно нажать кнопку SB1. При этом срабатывает реле K1 (замыкаются контакты K1.1, а контакты K1.2 размыкаются), к ТЛ подключается эквивалент нагрузки (цепь R1R2K1) и отключается ТА, с которого велся разговор. Т160 схема регулятора тока Теперьможно положить трубку на рычаг и перейти к параллельному ТА. Падение напряжения на эквиваленте составляет 17 В. При поднятии трубки на параллельном ТА напряжение в ТЛпадает до 10 В, реле K1 отключается и эквивалент отключается отТЛ. Транзистор VT1 должен иметь коэффициент передачине менее 100, при этом амплитуда переменного напряжения звуковой частоты,выдаваемого в ТЛ, достигает 40 мВ. В качестве музыкального синтезатора (DD1)использована микросхема УМС8, в которой "зашиты" две мелодии исигнал будильника. Поэтому вывод 6 ("выбор мелодии") соединен свыводом5. В этом случае воспроизводится один раз первая мелодия, а затемвторая бесконечно. В качестве SF1 м...

Для схемы "ГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОГО ТОКА"

Радиолюбителю-конструкторуГЕНЕРАТОР СТАБИЛЬНОГО ТОКА Генераторами стабильного тока принято называть устройства. выходной ток которых практически не зависит от сопротивления нагрузки. Он может найти применение, например.в омметрах с линейной шкалой. На рис. 1 приведена принципиальная схема генератора стабильного тока на двух кремниевых транзисторах. Величина коллекторного тока транзистора V2 определяется отношениемIк=0,66/R2.Puc.1Например, при R2, равном 2,2 к0м. ток коллектора транзистора V2 будет равен 0,3 мА и остается практически постоянным при изменении сопротивления резистора Rx от 0 до 30 к0м. При необходимости величина постоянного тока может быть увеличена до 3 мА, для этого сопротивление резистора R2 нужно уменьшить до 180 Ом. Дальнейшее подъем тока при сохранении высокой стабильности его величины как при смене нагрузки, так и при увеличении температуры быть может лишь при использовании трехтранзисторного генератора, показанного на рис.2. При этом транзисторы V2 и V3 должны быть средней мощности, а напряжение второго источника питания - в 2...3 раза больше напряжения питания транзисторов V1, V2. Сопротивление резистора R3 рассчитывается по вышеприведенной формуле, но дополнительно корректируется с учетом разброса характеристик транзисторов. Puc.2"Elektrotehnicar" (СФРЮ), 1976, N 7-8 От редакции. Транзисторы ВС 108 могут быть заменены на КТ315Г. ВС107 -КТ312Б, BD137 - КТ602Б или КТ605Б, 2N3055 - КТ803А....

Для схемы "ТРАНЗИСТОРНЫЙ УМЗЧ НА ПУТИ К СОВЕРШЕНСТВУ"

AUDIO техникаТРАНЗИСТОРНЫЙ УМЗЧ НА ПУТИ К СОВЕРШЕНСТВУА.ПЕТРОВ, г.Могилев.Обычно, рассматривая работу УМЗЧ, предполагают, что его нагрузка чисто активная. Однако громкоговоритель, да ещё со сглаживающими фильтрами, представляет собой сложную комплексную нагрузку. При работе на комплексную нагрузку возникающий сдвиг фазы между напряжением и током на выходе усилителя приводит к тому, что при синусоидальных входных сигналах нагрузочная прямая превращается в эллипс. Положения рабочей точки (нагрузочная кривая) для реактивной нагрузки на выходных характеристиках триода и транзистора при усилении гармонического сигнала показаны на рис.1 и 2 соответственно.Как видно из рис.1, выходные характеристики триода практически идеальны для комплексной нагрузки, какой является АС. Благоприятный спектр гармоник (не выше пятой) и высокая линейность в значительной степени определяют "мягкость" звучания ламповых усилителей. Схемы конвертера радиолюбителя В то же час, однотактный транзисторный усилитель совершенно непригоден для работы на громкоговоритель, т.к. линия заходит с одной стороны в область ограничения по допустимой мощности рассеяния на коллекторе (заштрихованная область, выше гиперболы), с иной - в нелинейные области при малых Uкэ.Поперечный размер эллипса нагрузочной кривой зависит от индуктивной составляющей нагрузки, а продольный - от активной. При усилении импульсных сигналов, например типа "меандр", линия нагрузки представляет собой параллелограмм , что ещё больше усугубляет положение. Амплитуда скачка напряжения в момент переключения (за счет ЭДС самоиндукции) зависит от отношения постоянной времени сигнала То к постоянной времени нагрузки T=L/R...

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

Обозначения:

• Резисторы: R1- 470 кОм, R2 – 10 кОм,
• Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
• Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
• Динистор DN1 – DB3.
• Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
2. Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 – 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 – 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 22 мкФ х 50 В; С2 – 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 – 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
• Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
• Симистор Т1 – BTA24-800.
• Микросхема – U2010B.

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

• А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
• В – При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
• С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

Регулятор мощности симисторный

Регулятор мощности симисторный предназначен для регулировки мощности нагревательных и осветительных приборов мощность которых не првышает 1000 Вт.

Технические характеристики :
Рабочее напряжение; 160-300 В
Диапазон регулировки мащности 10-90%
Ток нагрузки: до 5 А

Устройство состоит из симистора и времязадающей цепочки. Принцип регулировки мощности заключается в изменения продолжительности времени открытого состояния симистора (рисунок 1). Чем большее время симистор открыт, тем большая мощность отдается в нагрузку. А так как симистор выключается в момент когда ток протекающий через симистор равен нулю, то задавать продолжительность открытия симистора будем в пределах половины периода.

В начале положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения, конденсатор С1 заряжается через делитель R1, R2. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога «пробоя» динистора (около 32 В). Динистор замкнет цепь Dl, Cl, D3 и откроет симистор U1. Симистор остается открытым до конца полупериода. Время зарядки конденсатора задается параметрами цепочки R1, R2, С1. Резистором R2 задаем время зарядки конденсатора, а соответственно и момент открытия динистора и симистора. Т.е. этим резистором производится регулировка мощности. При действии отрицательной полуволны принцип работы аналогичен. Светодиод LED индицирует рабочий режим регулятора мощности.

При использовании нагрузки мощностью более 300 Вт, симистор необходимо установить на радиатор с площадью поверхности не мене 20 см 2
На переменный резистор необходимо установить ручку из изолированного материала.

При дополнении схемы всего двумя элементами (на схеме обозначены красным цветом)появляется возможность управления индуктивной нагрузкой. Т.е. можно на выход симисторного регулятора мощности подключить трансформатор.

ВНИМАНИЕ! Устройство гальванически не развязано от сети! Запрещается прикасаться к элементам включенной схемы!

Смотреть обучающее видео на тему "Симисторный регулятор мощности"