Китайский регулятор мощности на симисторе

Китайский регулятор мощности на симисторе

Большую популярность у потребителей получил китайский регулятор мощности на симисторе или диммер. Благодаря низкой цене и многообразию использования он пользуется не малым спросом. Кто уже разобрался в применении, тот использует его в быту. Кто еще нет, найдет ответы в этой статье. Далее рассмотрим:

Основные характеристики от производителя

Особенности:
1. Специальный дизайн с 1,6 мм, FR-4 высокой термостойкостью печатной платы.
2. Безопасная и надежная работа с большим током.
3. Конструкция двойной емкости: безопасный конденсатор и металлический пленочный конденсатор для более эффективной защиты.
4. Применяются материалы из алюминия и нержавеющей стали, более подходят для контроля температуры или контроля скорости и для использования в промышленности.
5. Красивая и легкая, безопасная, удобная, Высококачественная продукция. Не ржавеет после длительного использования.
6. В основном подходит для резистивных нагрузок, например, фонари.

Технические характеристики:
Диапазон напряжения: 10-220 В
Максимальная мощность: 2000 Вт
Вес нетто: 41,8 г
Рабочее напряжение: AC 220 V
Пластина радиатора размер: 48x35x30 мм

Принципиальная схема китайского регулятора мощности на симисторе

Описание работы схемы

В основе схемы лежит фазоимпульсное управление мощностью. При подаче на схему питания через двухзвенный RC-фильтр в начале полупериода сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через резистор R2, и потенциометры R3, R4. С помощью переменных резисторов мы, по сути, меняем время заряда конденсатора С1. Чем больше сопротивление резисторов, тем дольше заряжается конденсатор. Следовательно, динистор будет срабатывать реже и наоборот, т.е. меняется рабочая частота генератора. Этот резистор с конденсатором образуют времязадающую или частотозадающую цепочку.

Когда на выводах конденсатора С1 напряжение достигнет значения примерно 32 вольта (напряжение переключения симметричного динистора DB3), динистор отпирается и конденсатор разряжается по цепи управляющего электрода симистора VS1. Разряд конденсатора происходит мгновенно, вызывая быстрое запирание симметричного динистора. Напряжение на выводах конденсатора С1 скоро вновь становится достаточным для возврата динистора в проводящее состояние и для того, чтобы вызвать появление нового импульса, отпирающего симистор.

При малом сопротивлении цепи R2-R3-R4 порог в 32 вольта достигается быстрее и симистор отпирается раньше, а более высокое сопротивление вызывает большую задержку момента отпирания симистора и, следовательно, уменьшение мощности в нагрузке. Подстроечный резистор R3 позволяет установить границы регулировки мощности.

Для защиты симистора необходима цепочка R1-C2. Она необходима для защиты от внешних перенапряжений, ограничения влияния dV/dt и тока перегрузки. Кроме того, разряд конденсатора С2 через симистор способствует его отпиранию, которое могло бы быть нарушено запаздыванием тока в индуктивной нагрузке.

Регулятор мощности на симисторе

Симистор, по большому счету, — это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков — это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

  • Пр. 1 — предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
  • R3 — токоограничительный резистор — служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
  • R2 — потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
  • C1 — основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
  • VD3 — динистор, открытие которого управляет симистором.
  • VD4 — симистор — главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.

Область применения

Симисторные регуляторы мощности нашли свое применение не только в быту, но и во многих отраслях промышленности. В частности они успешно заменяют громоздкие релейно-контактные схемы управления. Помогают устанавливать оптимальные токи в автоматических сварных линиях, и во многих других отраслях.

Что же касается использования этих приборов в быту, то его использование самое разнообразное. От регулирования напряжение на лампы накалывания, до регулирования скорости вращения вентилятора. В двух словах диапазон насколько разнообразный, что его непросто описать.

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.

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;
  • Конденсатор 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.

Читайте также  Розетка для духового шкафа

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.

Схема симисторного регулятора мощности

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 прозвонить их при помощи цифрового мультиметра 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.

Симисторный радиатор 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.

Как работает устройство

Ток, который протекает через динистор, ограничивается постоянным резистором. Именно с его помощью происходит корректировка длины импульса. С помощью предохранителя происходит защита цепи от КЗ. Нужно отметить тот факт, что динистор в каждой полуволне открывается на один и тот же угол.

Поэтому выпрямление протекающего тока не происходит, можно подключить даже индуктивную нагрузку к выходу. Поэтому использоваться может симисторный регулятор мощности и для трансформатора. Для того чтобы подобрать симисторы, нужно учесть, что для нагрузки в 200 Вт необходимо, чтобы ток был равен 1 А.

В схеме используются такие элементы:

  1. Динистор типа DB3.
  2. Симисторы типа ВТ136-600, ТС106-10-4 и аналогичные с номиналом по току до 12 А.
  3. Полупроводниковые диоды германиевые – 1N4007.
  4. Электролитический конденсатор на напряжение более 250 В, емкость 0,47 мкФ.
  5. Переменный резистор 100 кОм, постоянные – от 270 Ом до 1,6 кОм (подбираются опытным путем).

Измерение мощности на нагрузках

К этому времени я получил через Интернет-магазин бытовой ваттметр DuVolt PowerMeter 3 (анализатор расхода электроэнергии) и предварительно сделал несколько контрольных измерений мощности новым ваттметром и параллельно моими цифровыми мультиметрами на совпадение показаний/расчетных значений мощности. Результаты уложились в паспортные показатели точности упомянутых приборов. Покупкой ваттметра доволен.

Дальнейшее снятие характеристик (заполнение таблицы) с теми же нагрузками производил с использованием этого прибора уже без измерения напряжения и тока на нагрузке. Видно, что после установки резистора R4 характеристики сместились и стали более прямолинейными, исходящими из «0», чего и добиваются «линеаризацией».

Рис.4. Схема регулятора мощности после наладки.

Индуктивности/дроссели L1 и L2, как оказалось позже, сыграли отрицательную роль. А именно, будучи намотаны на ферритовых стержнях, при длительной нагрузке 1..1,5 кВт стали перегреваться, и их ПХВ-оболочка оплавилась и обуглилась. Изначально ПХВ-оболочка скрыла их “коварную” ферритовую сущность, дроссели превратились в серьезную нагрузку в силовой цепи регулятора, и их пришлось удалить из схемы. Убрал и конденсаторы на входе питания 220в.

Анализ максимальных табличных значений мощностей по нагрузкам показывает, что включенные через регулятор электроприборы не добирают своей полной мощности даже при крайнем положении движка регулятора, особенно кипятильник (470 вместо 500 Вт – 94%) и утюг (790 вместо 1000 Вт – 80%). Получается, для работы нагрузок/электроприборов на полную мощность их следует включать в сеть напрямую.

Так и предусмотрено в схемах фирменных электроинструментов – при полном нажатии курка срабатывают контакты прямого включения, минуя регулятор оборотов. Этот недостаток кроется и в схемном решении рассматриваемого регулятора и его устранение, вероятно, потребует детального анализа осциллограмм работы схемы и корректировки ее элементов, что не входит в объем представленной статьи.

Источники

  1. • Характеристики регулятора мощности.xls / , xls, 113.5 kB, скачан: 372 раз./
    – программа анализа и построения графика .
  2. Простой регулятор мощности для паяльника – https://oldoctober.com/ru/power_regulator/
  3. • Сплан — Splan_7.0_rus — программа для черчения электрических схем / Программа непрофессиональная, но очень удобна в быстром и простом начертании схем. Архив содержит русский хелп, библиотеки компонентов, файл установки, просмотрщик, файл описания. Не требует ключа активации, работает сразу после установки., rar, 3.55 MB, скачан: 15451 раз./
  4. Alt-коды вывода спецсимволов – https://ru.wikipedia.org/wiki/Alt-код

Голосуйте за Алексея, голосование начнется в конце апреля, следите за новостями на блоге (подписывайтесь) и в группе ВК (вступайте).

На всякий случай напоминаю, что описанный в статье регулятор – почти тот же современный диммер, разве вместо тиратрона (неоновой лампы) использован динистор, по принципу действия такой же, но полупроводниковый прибор.

Принцип работы диммера на симисторе рассмотрен мной здесь, а его ремонт – здесь.

Симисторный регулятор мощности

Простой регулятор мощности для паяльника (лампы) на MAC97A

Простой регулятор мощности до 100Вт можно сделать всего из нескольких деталей. Его можно приспособить для регулирования температуры жала паяльника, яркости настольной лампы, скорости вентилятора и т.п. Регулятор на тиристоре получается по размерам сильно большой и конструктивно имеет недочеты и большую схему. Регулятор мощности на импортном малогабаритном симисторе mac97a (600В; 0,6А) можно коммутировать и более мощные нагрузки, простая схема, плавная регулировка, маленькие габариты.

Если у тиристора есть анод и катод, то электроды у симистора так охарактеризовать нельзя, потому что каждый электрод является и анодом и катодом одновременно. В отличие от тиристора, который проводит ток только в одном направлении, симистор способен проводить ток в двух направлениях. Именно поэтому симистор прекрасно работает в сетях переменного тока.

Читайте также  Бура это

Как раз простой схемой, характеризующей принцип работы симистора служит наш электронный регулятор мощности.

После подключения устройства к сети на один из электродов симистора подаётся переменное напряжение. На электрод, который является управляющим с диодного моста подаётся отрицательное управляющее напряжение. При превышении порога включения симистор откроется и ток пойдёт в нагрузку. В тот момент, когда напряжение на входе симистора поменяет полярность он закроется. Потом процесс повторяется.

Чем больше уровень управляющего напряжения тем быстрее включится симистор и длительность импульса на нагрузке будет больше. При уменьшении управляющего напряжения длительность импульсов на нагрузке будет меньше. После симистора напряжение имеет пилообразную форму с регулируемой длительностью импульса.

В данном случае изменяя управляющее напряжение мы можем регулировать яркость электрической лампочки или температуру жала паяльника, а также скорость вентилятора.

Принципиальная схема регулятора на симисторе MAC97A6

Описание работы регулятора мощности на симисторе

При каждой полуволне сетевого напряжения конденсатор С заряжается через цепочку сопротивлений R1, R2, когда напряжение на С становится равным напряжению открывания динистора VD1 происходит пробой и разрядка конденсатора через управляющий электрод VS1 .

Динистор DB3 является двунаправленным диодом (триггер-диод), который специально создан для управления симистором или тиристором. В основном своем состоянии динистор DB3 не проводит через себя ток (не считая незначительный ток утечки) до тех пор, пока к нему не будет приложено напряжение пробоя.

В этот момент динистор переходит в режим лавинного пробоя и у него проявляется свойство отрицательного сопротивления. В результате этого на динисторе DB3 происходит падение напряжения в районе 5 вольт, и он начинает пропускать через себя ток, достаточный для открытия симистора или тиристора.

Диаграмма вольт-амперной характеристики (ВАХ) динистора DB3 изображена на рисунке:

Поскольку данный вид полупроводника является симметричным динистором (оба его вывода являются анодами), то нет разницы, как его подключать.

Характеристики динистора DB3

Кому нужно регулировать нагрузку более 100Вт, ниже представлена похожая схема более мощного регулятора на симисторе ВТ136-600.

Принципиальная схема регулятора на симисторе BT136-600

Приведенная схема регулятора мощности на симисторе рассчитана на достаточно большой ток нагрузки.

Если у Вас нет необходимых деталей и платы для сборки регулятора мощности на симисторе MAC97A6, Вы можете купить полный набор для его сборки в нашем магазине.

Регулятор мощности на микроконтроллере

В последнее время стало модным использовать для управления самыми разными устройствами микроконтроллеры. Микроконтроллеры, представляющие собой микрокомпьютер на кристалле, обвешанный к тому же и встроенными таймерами, АЦП, ЦАП и тому подобными устройствами, представляют разработчикам практически неограниченные возможности.

Вариант реализации симисторного регулятора мощности на микроконтроллере ATmega 8 приведен ниже.

Особенностью схемы является использование оптоэлектронных микросхем для гальванической развязки схемы управления и силовых цепей. Микроконтроллер имеет собственное питание, условно обозначенное на схеме батарейкой. Диодный мост служит двуполупериодным выпрямителем, к выходу которого через оптопару подключен вход контроллера. На этом входе контроллера формируется сигнал в начале каждого полупериода сетевой частоты. Мощный тиристор подключается к выходу контроллера через оптический элемент — оптосимистор.

Кнопками подаются сигналы на увеличение или уменьшение мощности. Оптические элементы обеспечивают необходимый уровень изоляции цепей управления от высоковольтной части схемы. Интеллект микроконтроллера позволяет строить и более сложные схемы, например, схему трехфазного регулятора мощности.

REGIN ТТС

Регулятор для трехфазного электрообогревателя с управлением от термодатчиков. Присутствует функция максимальной и минимальной температуры. Предназначен для установки в шкаф или стенку. Выпускаются 3 разновидности для сетей 500 В, 400 В, 230 В. Когда напряжение тока больше 25 А, необходимо установить дополнение TT-SLAV. Общая нагрузка будет распределяться на оба устройства и не превысит 50%.

При постоянном включении и нагрузки в 100% в течение 2 минут, устройство переключается в стандартный режим работы и поддерживает заданную температуру. С постепенным уменьшением мощности по необходимости. Устройство самостоятельно включает и выключает отопительную систему по мере необходимости.

Ведомое устройство TT-MSLAV, определяет нагрузку на TTC и включает или выключает дополнительный обогрев. При загрузке на 90% аппарат повышает мощность на 1 ступень. Аналогичным образом происходит снижение. Для нормальной работы мощность не должна превышать 70% на каждой ступени. Для обеспечения плавности работы, переключение между стадиями происходит с задержкой в 5 минут.

Модели:

  • TTC — симисторный регулятор для трехфазной сети 400 В, 25 А (нагрузка до 16,5 кВт).
  • TTC-NO — симисторный регулятор для трехфазной сети 230 В, 25 А (нагрузка до 9,5 кВт).
  • TTC500 — симисторный регулятор для трехфазной сети 500 В, 25 А (нагрузка до 21 кВт).
  • TTC-SLAV — ведомый блок с одним этапом.
  • TT-MSLAV — ведомый блок с тремя этапами.
  • NS/D — блок настройки температуры в ночной период.

Технические характеристики

  • Электросеть — TTC: 400 В, три фазы, 50-60 Гц. TTC-NO: 230 В, три фазы, 50-60 Гц. TTC500: 500 В, три фазы, 50-60 Гц.
  • Нагрузки — минимальная — 1 А, максимальная — 25 А.
  • Влажность — до 90%.
  • Хранить — не ниже -20°C, не выше +70°C.
  • Зашита — IP20.
  • Размеры — 160х280х120 мм.

Схема подключения

Регулятор подключается к трехфазному обогревателю с симметричной нагрузкой. Фазы питания подсоединяются к клеммам. Заземление крепится винтом. Питание подаётся через реле температуры обогревателя и датчика воздуха.

Если мощность отопительной системы превышает производительность регулятора, то можно задействовать 2 и более устройства. Каждый должен быть подключён к своей нагрузке. К главному подключается термодатчик, а блоки соединяются между собой клеммами.

Дополнительный узел TT-SLAV подсоединяется к передней панели TTC. Маркированные провода крепятся к первой и последней клемме. Для безопасности, электропитание подключается через предохранитель. Суммарная нагрузка не должна превышать 45%, иначе устройство будет неустойчиво работать.

При подключении TT-MSLAV, первая ступень не должна быть больше 70% мощности TTC, а вторая, в 2 раза больше, третья — в 4. Например, при суммарных показателях 85 кВт, на TTC приходится 14 кВт, на первую ступень — 10 кВт, на вторую — 20 кВт, на третью — 40 кВт.

Установка датчика требует чтобы второй переключатель был переведён в позицию «Вкл». Режим максимальной и минимальной температуры работает только при наличии термодатчиков REGIN. Который устанавливается в воздуховод и передаёт показания по клеммам. При установке модели TK-K330, положение 0°C соответствует полному повороту переключателя против часовой стрелки, конечное положение — 30°C, среднее — 15°C.

При подключении внешнего сигнала управление к модели TTC, 1-4 переключатели должны стоять в положении «ОТКЛ». Внешний сигнал подключается к 1 и 5 клемме.

Для включения пониженного режима температуры в ночной период необходимо замкнуть реле между 1 и 2 клеммами. Для работы необходим термодатчик REGIN.

Cимисторный регулятор мощности, повсюду применяется в бытовой техники. В домашнем хозяйстве поможет продлить жизнь лампочки накаливания, реанимирует вышедший из строя трансформатор, урежет напряжение для техники, рассчитанной на 110 В. Схема регулятора довольно проста и при наличии деталей, не составит проблем собрать самостоятельно. А если нет желания и возможности купите готовое решение, которых множество на рынке.

Читайте также  Как варить сваркой

Видео: Обзор и тестирование семисторного регулятора мощности на 2кВт