Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы
Симисторный регулятор с защитой от перегрузки
Совершенствуя один из ранее опубликованных симисторных регуляторов, автор улучшил его характеристики, дополнил узлом защиты от перегрузки и подтвердил свои технические решения расчетами.
При налаживании симисторного регулятора, собранного по описанию в [1], было обнаружено, что ввести его в режим максимальной мощности в нагрузке не удается. "Виновником" оказался генератор на однопереходном транзисторе КТ117А, выдающий в каждом полупериоде сетевого напряжения не один, а несколько импульсов. В результате конденсатор в цепи питания усилителя импульсов не успевал зарядиться к началу следующего полупериода и энергии импульсов не хватало для открывания симистора.
Схема усовершенствованного регулятора представлена на рисунке. В нем не только устранен описанный выше недостаток, но и предусмотрено устройство защиты от превышения допустимого значения тока в цепи нагрузки.
В отличие от прототипа, генератор импульсов здесь выполнен на комплементарной паре транзисторов (VT1 КТ361Г, VT2 КТ315Г). В момент, когда нарастающее по мере зарядки конденсатора C3 напряжение на эмиттере транзистора VT1 превышает напряжение на его базе, генератор выдает одиночный импульс. Оба транзистора лавинообразно открываются, конденсатор C3 разряжается в основном через участок база-эмиттер транзистора VT3. Этот транзистор открывается, и конденсатор С5 разряжается через обмотку I импульсного трансформатора Т2. Импульс с обмотки II импульсного трансформатора открывает симистор VS2.
Транзисторы VT1 и VT2 остаются открытыми до момента перехода сетевого напряжения через нуль, точнее, до снижения напряжения на питающей шине до 4...6 В. После их закрывания генератор готов выдать очередной импульс. Момент выдачи импульса определяется длительностью зарядки конденсатора C3 до напряжения открывания транзисторов и зависит от суммарного сопротивления постоянного резистора R7 и переменного R6.
Благодаря тому что в каждом полупериоде генератор вырабатывает только один импульс, разрядившийся конденсатор С5 всегда имеет возможность заряжаться через диод VD8 в течение почти целого полупериода, за исключением короткого интервала, когда мгновенное значение сетевого напряжения близко к нулю. При среднем токе зарядки iзар.ср приблизительно 9 мА (он зависит от сопротивления резисторов R1 и R2) конденсатор С5 успеет за полупериод (10 мс) зарядиться до 22 В (ограничено стабилитронами VD2 и VD3), если его емкость не более
Какой может быть минимальная емкость этого конденсатора? Чтобы симистор VS2 (ТС132-50-6, [2]) открылся, напряжение на его управляющем электроде Uy должно превышать 4 В в течение не менее tвкл - 12 мкс. Ток управляющего электрода iy при таком напряжении - 200 мА.
Сопротивление цепи управляющего электрода Ry можно оценить по закону Ома:
С учетом коэффициента трансформации к трансформатора Т2 приведенные к его первичной обмотке значения напряжения и сопротивления:
Из уравнения
где U0=22 В - исходное напряжение на конденсаторе С5, найдем
Емкость конденсатора С5 выбираем равной 1 мкФ.
Устройство защиты от перегрузки выполнено на тринисторе VS1 КУ101Г. Под действием сигнала датчика перегрузки - трансформатора тока Т1 - тринистор открывается, что приводит к снижению напряжения на выходе диодного моста VD1 приблизительно до 4 В. Это меньше напряжения стабилизации стабилитрона КС168А (VD7). Поэтому генератор импульсов на транзисторах VT1 и VT2 прекращает работу, симистор VS2 более не открывается. О срабатывании защиты свидетельствует свечение светодиода HL1.
Благодаря конденсатору С1 и диоду VD6 ток через тринистор VS1 в моменты перехода сетевого напряжения через ноль не прекращается и тринистор остается открытым. Чтобы вернуть регулятор со сработавшей защитой в рабочее состояние, необходимо на несколько секунд (время, достаточное для разрядки конденсатора С1) отключить его от сети.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 пропорционально току, текущему в первичной обмотке, включенной последовательно в цепь нагрузки. На управляющий электрод тринистора VS1 поступает часть напряжения вторичной обмотки, выпрямленного диодами VD4 и VD5. С помощью подстроечного резистора R4 регулируют порог срабатывания защиты. Конденсатор С2 предотвращает ее срабатывание от импульсных помех.
Трансформатор тока в качестве датчика перегрузки удобен тем, что даже при токе, значительно превышающем установленный порог срабатывания защиты (например, при коротком замыкании нагрузки), напряжение на его вторичной обмотке остается безопасным для прочих элементов устройства. Это происходит благодаря резкому уменьшению коэффициента трансформации вследствие насыщения магнитопровода.
Примененный в регуляторе - трансформатор тока Т1 изготовлен из трансформатора Т-Ш-ЗМ от абонентского громкоговорителя. Подобный можно найти и в некоторых телефонных аппаратах. Сечение его Ш-образного магнитопровода SM=64·10-6 м2, средняя длина магнитной линии lM = 72·10-3 м. Экспериментально определенная относительная магнитная проницаемость μ=0,7·103 при индукции не более 1 Тл. Насыщение наступает при индукции 1,6...1,8Тл.
Приведем расчет трансформатора тока:
1. Напряженность поля, необходимая для получения индукции В = 1 Тл,
2. Требующиеся для этого ампер-витки
3. Амплитуда тока нагрузки при максимальной мощности Р=2500 Вт и эффективном значении напряжения U=220 В равна
4. Число витков первичной (токовой) обмотки
Принимаем w1=5.
5. Индуктивность первичной обмотки
6. Индуктивное сопротивление первичной обмотки при частоте сети f=50 Гц
7. Падение напряжения на индуктивном сопротивлении первичной обмотки
8. Для надежного открывания тринистора КУ101 необходимо подать на его управляющий электрод напряжение не менее 15 В [2]. Именно такой должна быть амплитуда напряжения на вторичной обмотке U2. Число ее витков
Так как в устройстве применен двухполупериодный выпрямитель (диоды VD3, VD4), вторичная обмотка трансформатора фактически должна состоять из вдвое большего числа витков - 1500 с отводом от середины. Протекающий по этой обмотке ток очень мал, поэтому диаметр провода выбирают исходя лишь из его механической прочности и возможности размещения нужного числа витков в окне магнитопровода.
Первичную обмотку наматывают в один слой поверх хорошо изолированной вторичной проводом сечением не менее 4...5 мм2. Провод такого сечения очень неудобен в намотке, поэтому лучше воспользоваться жгутом из большого числа тонких проводов суммарным сечением, равным требуемому. Провода жгута соединяют параллельно.
Налаживание регулятора сводится к установке тока срабатывания защиты подстроечным резистором R4 и к подборке номинала резистора R7, от которого зависит верхний предел интервала регулирования мощности (обычно 94...97%). Номинал R7 выбирают таким образом, чтобы в режиме максимальной мощности не наблюдались "пропуски" полупериодов из-за неоткрывания симистора VS2.
Для подавления создаваемых регулятором радиопомех следует использовать рекомендованный в [1] фильтр.
Литература
Автор: Б.Лавров, г.Санкт-Петербург
- Автор: Super User
Симисторный регулятор повышенной мощности
Предлагаю несложный симисторный регулятор, который эксплуатирую уже более года. Его можно применять, например, для управления проточным водонагревателем, мощным коллекторным электродвигателем, сварочным аппаратом, электропечью. Схема регулятора приведена на рис. 1. В качестве силового ключа VS1 использован симистор ТС132-50-6, способный коммутировать нагрузку мощностью до 8 кВт.
Узел управления симистором содержит генератор импульсов на однопереходном транзисторе VT1. С помощью переменного резистора R3 регулируют задержку импульса относительно момента перехода сетевого напряжения через ноль, чем изменяют угол включения симистора и отдаваемую в нагрузку мощность. Транзистор VT2 служит усилителем мощности импульсов, открывающих симистор. Трансформатор Т1 выполнен на кольцевом магнитопроводе типоразмера K20x12x6 из феррита 2000НМ. Его первичная обмотка (I) содержит 60 витков провода ПЭЛШО 0,1, вторичная (II) - 40 витков провода ПЭЛШО 0.2. Обмотки должны быть надежно заизолированы друг от друга. Изоляция должна быть рассчитана на напряжение не менее 300 В. Узел управления питают от сети через гасящие резисторы R1. R2 и диодный мост VD1. Выпрямленное мостом напряжение стабилизировано стабилитронами VD2 и VD3.
Симистор следует разместить на теплоотводе площадью не менее 300 см2, другие элементы устройства охлаждения не требуют.
Вместо симистора ТС132-50-6 можно установить два тринистора Т132-50-11. соединив их встречно-параллельно, как показано на рис. 2. Трансформатор Т1 в этом случае должен иметь две одинаковые вторичные обмотки.
Так как симисторный (тринисторный) регулятор создает радиопомехи, его рекомендуется хорошо экранировать и включать в сеть через фильтр (см. схему на рис. 3).
Магнитопровод дросселя L1 - Ш 12x15 из феррита 2000НМ. Обмотки содержат по 15...20 витков провода, сечение которого выбирают исходя из мощности нагрузки, а его изоляция должна выдерживать полное сетевое напряжение. Для наилучшего подавления помех обе обмотки мотают одновременно сложенным вдвое проводом. Конденсаторы С1-C3 - МБГП или другого типа, рассчитанные на напряжение не менее 400 В.
Автор: В.Сорокоумов, г.Сергиев Посад Московской обл.
- Автор: Super User
Симисторный регулятор мощности с низким уровнем помех
Тринисторные регуляторы мощности с фазовым управлением неоднократно описывались на страницах нашего журнала. Но, к сожалению, многие из них являются сильными источниками электромагнитных помех, что ограничивает область применения устройств. Зарубежные же бытовые регуляторы обязательно снабжаются встроенным помехоподавляющим фильтром. Причем уровень создаваемых ими помех должен удовлетворять жестким стандартам, принятым в той или иной стране. Об одном из подобных регуляторов и рассказывает автор статьи.
Схема регулятора мощности с фазово-импульсным управлением показана на рис. 1. Он собран по классической схеме на симметричном динисторе 32V (VD3) и симисторе TIC226M (VS1). При каждой полуволне сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается током, протекающим через резисторы R2, R3. Когда напряжение на нем достигает 32 В, динистор открывается и конденсатор С1 быстро разряжается через резистор R4, динистор VD3 и управляющий электрод симистора. Таким образом, управление симистором происходит в квадрантах I и III: когда напряжение на условном аноде симистора (верхний по схеме вывод VS1) положительное, управляющий импульс тоже положительный, а при отрицательном напряжении - отрицательной полярности.
Значение мощности в нагрузке, подключенной к разъему Х1, зависит оттого, как долго симистор будет включен в течение каждого полупериода сетевого напряжения. Момент включения симистора определяется пороговым напряжением динистора и постоянной времени (R2 + R3)C1. Чем больше сопротивление введенной части переменного резистора R2, тем длительнее промежуток времени, в течение которого симистор находится в закрытом состоянии, тем меньше мощность в нагрузке. Указанные на схеме номиналы элементов постоянной времени обеспечивают практически полный диапазон регулирования выходной мощности - от 0 до 99 %.
Чтобы добиться достаточно плавного регулирования выходной мощности, переменный резистор R2 должен быть с характеристикой группы Б. Подойдет и резистор группы В, но тогда его придется включить таким образом, чтобы увеличение выходной мощности (т. е. с уменьшением сопротивления переменного резистора) происходило при вращении его ручки против часовой стрелки.
Цепь, образованная диодами VD1, VD2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки при минимальной выходной мощности. Без нее характеристика управления регулятором имеет гистерезис. Например, яркость лампы накаливания, используемой в качестве нагрузки, при увеличении выходной мощности изменяется скачком от нуля до 3...5% от максимальной яркости. Суть этого явления заключается в следующем. При большом сопротивлении резистора R2, когда напряжение на конденсаторе С1 не превышает 30 В, динистор не открывается в течение всего полупериода сетевого напряжения и выходная мощность равна нулю. При этом к моменту перехода сетевого напряжения через "ноль" напряжение на конденсаторе имеет нулевое значение и в следующем полупериоде значительную часть времени конденсатор разряжается. Если сопротивление резистора R2 уменьшать, то после того, как напряжение на конденсаторе начнет превышать порог срабатывания динистора, конденсатор будет разряжен в конце полупериода и в следующем полупериоде сразу же начнет заряжаться, поэтому в новом полупериоде динистор откроется раньше. Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и тем самым устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.
Резистор R4 ограничивает максимальный ток через динистор примерно до 0,1 А и замедляет процесс разрядки конденсатора С1. Тем самым обеспечивается относительно большая длительность импульса, достаточная для надежного запуска симистора VS1 даже при значительной индуктивной составляющей нагрузки. При указанных на схеме номиналах резистора R4 и конденсатора С1 длительность импульса управления равна 130 мкс. Значительную часть этого времени через управляющий электрод симистора протекает ток, достаточный для открывания симистора в любом квадранте - для симистора 32V он соответствует 50 мА.
Симметричный динистор 32V (VD3) обеспечивает одинаковость угла открывания симистора в обеих полуволнах сетевого напряжения. Следовательно, описываемый регулятор не будет выпрямлять сетевое напряжение, поэтому во многих случаях может быть применен даже для управления нагрузкой, подключенной к нему через трансформатор. Динистор 32V можно заменить его аналогом, собранным на транзисторах разной структуры, как это показано на рис. 2. Диодный мост VD4-VD7 обеспечивает симметрию управления симистором, а маломощный стабилитрон VD8 задает порог срабатывания аналога. Транзисторы VT1 и VT2 должны выдерживать значительный (не менее 0,1 А) импульсный ток базы. Статический коэффициент передачи тока базы транзистора VT2 - не менее 50. Диоды моста также должны выдерживать прямой импульсный ток значением не менее 0,15 А. Пригодны, например, диоды серии КД103 с любым буквенным индексом.
Предельно допустимое напряжение диодов и транзисторов аналога динистора должно быть не менее чем на 30% больше напряжения стабилизации стабилитрона VD8, т. е. не менее 50 В. Можно использовать два маломощных стабилитрона, включив их последовательно, чтобы их суммарное напряжение стабилизации составило 25...30 В. Резисторы R7 и R8 обеспечивают аналогу высокую температурную стабильность работы.
Симистор TIC226M, допустимый ток которого 8 А, позволяет управлять нагрузкой мощностью до 1 кВт. Для нагрузок мощностью до 2 кВт можно использовать симисторы с допустимым током 15...16 А.
Вместо симистора TIC226M можно применить отечественный тринистор КУ208Г. Однако он обладает существенно худшей чувствительностью. Для надежного срабатывания через управляющий электрод тринистора КУ208Г должен протекать ток значением не менее 250 мА при температуре окружающей среды -60°С или 170 мА - при комнатной. Поэтому при использовании тринистора КУ208Г сопротивление резистора R4 следует уменьшить до 100 Ом, а индуктивность дросселя L1 -до 100 мкГн. Соответственно транзисторы и диоды в аналоге динистора (рис. 2) должны выдерживать токи до 0,3 А.
Уровень помех, создаваемых таким регулятором, будет существенно выше. Кроме того, он будет обладать меньшей стабильностью при работе на нагрузку с индуктивной составляющей.
Падение напряжения на симисторе VS1 равно примерно 2 В, поэтому при нагрузке мощностью более 100 Вт симистор необходимо установить на соответствующий теплоотвод. При меньшей нагрузке теплоотводом может служить сама печатная плата регулятора. Для этого симистор в корпусе ТО220 следует положить на фольгированную сторону печатной платы, привинтить его винтом МЗ с гайкой, а под местом установки симистора оставить участок фольги площадью 3...5 см2.
В любительских конструкциях часто вместо симистора используют диодный мост и тринистор, что увеличивает стоимость компонентов и размеры конструкции. Такое решение примерно удваивает потери мощности в регуляторе и сужает диапазон допустимых нагрузок. Кроме того, зарядка накопительного конденсатора происходит однополярным напряжением, что, как верно подмечено в статье А. Маслова "Еще раз о тринисторном регуляторе мощности" (см. "Радио", 1994, № 5, с. 37), приводит к сбоям в работе регулятора при малой установленной мощности.
Говоря о статье А. Маслова, нельзя не упомянуть, что предлагаемый им способ снижения скорости нарастания напряжения на тринисторе (dV/dt) может привести к порче тринистора из-за его перегрузки импульсным током в момент включения, поскольку ток разрядки конденсатора, шунтирующего тринистор, никак не ограничен. Если использовать высококачественный конденсатор с малым внутренним сопротивлением, то тринистор почти наверняка будет разрушен превышением значения тока или скорости нарастания тока (dV/dt). Чтобы устранить этот недостаток, нужно последовательно с накопительным конденсатором включить проволочный или объемный углеродный резистор сопротивлением не менее 10 Ом. Металлопленочные и углеродно-пленочные резисторы для этой цели непригодны, так как могут выйти из строя из-за большой мгновенной рассеиваемой мощности в момент включения тринистора.
В описываемом регуляторе мощности (см. рис. 1) скорость изменения напряжения насимисторе VS1 ограничена конденсаторами С2, C3, а ток их разрядки при открывании симистора - дросселем L1. Современные симисторы выдерживают скорость нарастания напряжения 50...200 В/мкс, а некоторые даже до 750 В/ мкс, так что сравнительно небольшая емкость конденсаторов С2, C3 предотвращает ложные срабатывания симистора даже при низкоомных нагрузках. С сожалением приходится отметить, что морально устаревшие отечественные тринисторы серии КУ208 имеют только 10 В/мкс.
Одновременно дроссель L1 и конденсаторы С2, C3 образуют помехоподавляющий фильтр нижних частот. Дроссель должен выдерживать ток нагрузки без насыщения магнитопровода. В качестве магнитопровода автор использовал кольцо наружным диаметром 26,5, внутренним 14,5 и толщиной 7,5 мм из порошкового железа с магнитной проницаемостью 75. Обмотка содержит 58 витков провода ПЭВ-2 диаметром 1 мм. Такой дроссель пригоден для работы с нагрузкой мощностью до 1 кВт. При использовании тринистора КУ208Г число витков дросселя следует уменьшить до 40.
Конденсаторы С2 и C3 должны быть типа Х1 или Х2 (это международное обозначение конденсаторов), специально предназначаемые для включения между сетевыми проводами; они - в корпусах из самогасящего пластика, предотвращающего пожары, возможные при пробое конденсаторов. На корпусе конденсатора такого типа должно быть указано его номинальное напряжение 250VAC, что соответствует применению в сети переменного тока (АС = alternated current, т. е. переменный ток). Кроме того, на корпусах должны присутствовать условные знаки тестовых лабораторий, которые проверили данный тип конденсатора и признали его пригодным для использования в сети переменного тока. Корпусы хороших конденсаторов, как правило, усеяны такими знаками, поскольку они прошли испытания во многих лабораториях. В крайнем случае вместо конденсатора типа Х1 или Х2 можно применить металлопленочный или бумажный конденсатор на номинальное напряжение не менее 400 В.
Автор: А.Кузнецов, г.Москва
- Автор: Super User
Симисторные регуляторы мощности
К.Смолякову из Нижнего Новгорода, взявшемуся за повторение регуляторов по описанию в [1], удалось объединить в одном устройстве два и создать прибор, способный регулировать подаваемую в нагрузку мощность как путем изменения числа "активных" полупериодов сетевого напряжения, так и фазоимпульсным методом.
В его регуляторе, собранном по схеме на рис. 1, всего одна микросхема DD1. Режим работы изменяют переключателем SA1 с тремя группами контактов (использован переключатель диапазонов от портативного транзисторного приемника). Узел питания (диоды VD1, VD2, стабилитрон VD3), формирователь "нулевых" импульсов (транзисторы VT1, VT2), выходной узел (дифференцирующая цепь C6R6, элемент DD1.4, транзистор VT4, симистор VS1) остались такими же, как в прототипе.
(нажмите для увеличения)
Рассмотрим работу устройства в режиме регулирования мощности фазо-импульсным методом (переключатель 5А1 показан находящимся именно в этом положении). Импульсы с выхода элемента DD1.1, совпадающие с моментами перехода сетевого напряжения через нуль, открывают транзистор VT3, когда мгновенное значение сетевого напряжения близко к нулю. В результате конденсатор С4 разряжается через транзистор и напряжение на входе элемента DD1.2 скачком возрастает почти до напряжения питания, а на его выходе уменьшается почти до нуля (низкого логического уровня). Симистор VS1 закрыт, нагрузка отключена от сети.
С возрастанием мгновенного значения сетевого напряжения до 30...50 В по абсолютному значению логический уровень на выходе элемента DD1.1 становится низким и транзистор VT3 закрывается, давая возможность конденсатору С4 заряжаться током, протекающим по цепи: диод\/04 - левая (по схеме) часть резистора R5 - выход элемента DD1.2. Зарядка продолжается до порога переключения элемента DDI.2, после чего уровень на выходе этого элемента становится высоким, а на выходе элемента DD1.3 - низким. В момент смены уровней происходит зарядка конденсатора С6 током, протекающим через резистор R6, поэтому на выходе элемента DD1.4 появляется короткий импульс, открывающий транзистор VT4. На управляющий электрод симистора VS1 поступает открывающий импульс. Его задержка относительно нулевой фазы сетевого напряжения зависит от постоянной времени зарядки конденсатора С4, зависящей в свою очередь от положения движка переменного резистора R5. С окончанием полупериода симистор закроется, а в следующем полупериоде процесс повторится.
Во втором режиме замкнувшимися контактами SA1.2 параллельно конденсатору С4 подключен С5 значительно большей емкости. Контактами SA1.1 соединены база и эмиттер транзистора VT3, в результате транзистор постоянно закрыт и более не влияет на работу устройства. Элемент DD1.2, резистор R5 с диодами VD4, VD5 и конденсаторы С4, С5 образуют генератор прямоугольных импульсов с частотой повторения приблизительно 2 Гц.
С переключением контактов SA1.3 элементу DD1.3 возвращается его исходная логическая функция И-НЕ. На один из входов элемента поступают импульсы генератора, а на другой - перехода сетевого напряжения через ноль, поэтому на его выходе образуются пачки импульсов, совпадающих по времени с "нулями" сетевого напряжения, причем длительность пачек и интервалов между ними зависит от скважности импульсов генератора. Каждый из импульсов пачки вызывает появление открывающего импульса на управляющем электроде тиристора VS1 в самом начале соответствующего полупериода. Следовательно, в цикле продолжительностью 0,5 с число полупериодов, в которых нагрузка подключена к сети, зависит от положения движка переменного резистора R5.
При нечетном числе "рабочих" или "холостых" полупериодов в токе, потребляемом от сети, образуется заметная постоянная составляющая, что может неблагоприятно сказаться не работе подключенных к той же сети электромагнитных приборов - электродвигателей, их пускателей, трансформаторов. Впрочем, этот недостаток присущ и прототипу [1].
А. БУТОВ из с. Курба Ярославской области предлагает усовершенствованный вариант своего сенсорного регулятора мощности [2] с узлом управления на микросхеме К145АП2, описание которой можно найти в [3]. В отличие от прототипа новый регулятор можно включать в разрыв любого из проводов сети, что немаловажно, если им заменяют обычный контактный выключатель освещения
Схема прибора показана на рис. 2. Алгоритм управления прежний: кратковременное касание пальцем сенсора Е1 включает или выключает лампу EL1, а при продолжительном касании яркость свечения изменяется циклически (от минимальной до максимальной и обратно приблизительно за 5 с) Регулятор запоминает свое состояние - лампа всегда включается с установленной перед ее выключением яркостью Как и прежде, регулятором можно управлять, не только прикасаясь к сенсору, но и нажимая кнопку SB1, которая действует аналогичным образом.
(нажмите для увеличения)
Некритичности регулятора к фазировке сетевых проводов удалось достичь введением усилителя сигнала сенсора Е1 на составном транзисторе VT1, VT2. Выпрямленного диодами VD4. VD5 напряжения, достигающего при прикосновении рукой к сенсору -5...-9 В, теперь достаточно для управления микросхемой DA1 в любом случае. Конденсатор С2, устраняя ООС по переменному напряжению, увеличивает коэффициент усиления каскада. Конденсатор C3 предназначен для подавления высокочастотных помех.
Узел питания регулятора состоит из гасящего конденсатора С1 с ограничительным резистором R1, выпрямителя (диоды VD1, VD2), стабилизатора напряжения {стабилитрон VD3) и конденсаторов фильтра С5, С6. Резистор R1 желательно установить Р1-7 или аналогичный импортный разрывной Остальные постоянные резисторы регулятора - С1-4, С2-23, МЛТ соответствующей мощности Оксидный конденсатор С6 использован малогабаритный. фирмы Rubycon, конденсаторы CI, С11 - К73-17, К73-24в или К73-50 на напряжение не ниже 400 В или импортные, предназначенные для работы в цепях переменного тока, например, CPF 250V Х2. Остальные конденсаторы - керамические или пленочные К10-17, КМ-5, К73-17в. Конденсаторы К10-7 нежелательны по причине их низкой надежности.
Диоды КД522А (VD4, VD5) можно заменить на КД503, КД521, КД103 с любым буквенным индексом или импортными 1N4148. Диоды КД243Д (VD1 VD2) заменяют на КД243Е-КД243Ж, КД105Б-КД105П КД209А-КД209В, 1 N4004-1 N4007, стабилитрон Д814Г (VD3) - КС211Ж, КС508А, 1N6001B, 1 N4741 А. Транзистором VT3 могут служить КТ645А, КТ645Б, КТ6114, SS8050, SS9013, 2SC1009, 2SC2331, 2SD1616 с любым буквенным индексом Транзисторы VT1 и VT2 могут быть любыми из серий КТ3107, КТ6112, SS9015, 2SA733, 2SA910, 2SA992
Симистор КУ208Г (VS1) можно заменить на ТС112-10, ТС112-16, ТС106-10 класса по напряжению не ниже 4 или импортными МАС12, МАС15. Симистор устанавливают на П-образный теплоотвод размерами 110 25 мм из алюминиевого листа толщиной 1,5...2 мм. При этом допустимая мощность нагрузки регулятора - 350 Вт.
Дроссель L1 содержит 135 витков провода ПЭВ-2 0,51 мм или намотан на кольцевом магнитопроводе К32х20x6 из феррита М2500НМС1. Перед намоткой ребра кольца притупляют и обматывают его слоем пленки из изоляционного материала. Готовую обмотку пропитывают изоляционным лаком. Сопротивление дросселя постоянному току - приблизительно 0,3 Ом. Вместо кольца допустимо применить отрезок ферритового стержня 400НН диаметром 8 10 мм и длиной 60 мм.
Минимальная мощность лампы EL1 - 25 Вт. Полностью выключить лампу меньшей мощности не удастся из-за разогрева ее нити током, протекающим через конденсатор С1
Каскад на транзисторах VT1, VT2 необходимо размещать как можно дальше от симистора VS1 и дросселя L1. Если сенсор Е1 соединен с регулятором проводом длиной более 50 мм, последний также следует экранировать. Для уменьшения наводок на сенсор симистор VS1 желательно электрически изолировать от теплоотвода.
Еще одна конструкция А. БУТОВА - симисторный фазовый регулятор с уменьшенным уровнем помех. В большинстве известных конструкций при максимальной мощности в нагрузке симистор не открывается, пока напряжение на нем не достигнет 30...80 В. Это приводит не только к "недобору" нагрузкой приблизительно 4 % мощности, но и к значительному возрастанию уровня создаваемых в этом режиме радиопомех. Если заставить симистор открываться при возможно меньшем напряжении, эти недостатки будут устранены или ослаблены.
В регуляторе, собранном по схеме, показанной на рис. 3, на элементах VT1, VS1, R2, R3, С2 собран аналог динистора, включенный через диодный мост VD1 в цепь управляющего электрода симистора VS2. Как только напряжение, приложенное к эмиттерному переходу транзистора VT1, работающего в нашем случае подобно стабилитрону, превысит приблизительно 8... 10 В, произойдет обратимый лавинный пробой этого участка и тринистор VS1 будет открыт. Импульс тока разрядки конденсатора 1 откроет симистор VS2. Подаваемую в нагрузку мощность регулируют, изменяя переменным резистором R4 постоянную времени зарядки конденсатора С .
Детали регулятора могут быть смонтированы на печатной плате, показанной на рис. 4. Переменный резистор R4 - СП-1, СПЗ-ЗОа, СПЗ-35 или СПЗ-33. На его ось обязательно надевают ручку из изоляционного материала. Постоянные резисторы - МЛТ, С2-23, С2-ЗЗН, С1-4. Конденсатор С1 - К73-50, К73-24В, К73-17. К73-16; С2 - К10-17, КМ-6. Диодный мост - любой из серий DB101-DB107 [4], КЦ422, КЦ407. Можно составить мост и из четырех дискретных диодов серий КД105, КД209, КД221, КД243, 1 N4001 - 1 N4007. Симистор КУ208Г можно заменить другим средней мощности, например, ТС106-10, ТС112-16, ТС112-10, ТС122-25. Предпочтительнее четвертой и более высоких групп по напряжению.
Практика показала, что сколь бы слаботочной ни была нагрузка, симистору VS2 необходим теплоотвод. Объясняется это большим неуправляемым обратным током симистора, которого хватает для его саморазогрева и последующего произвольного открывания. При выборе размеров и формы теплоотвода следует стремиться к тому, чтобы его температура при длительной работе на максимальной мощности не превышала 60 °С. Место для теплоотвода симистоpa VS2 на плате предусмотрено.
Налаживание регулятора сводится к подборке конденсатора С1 такой емкости, чтобы при перемещении движка резистора R4 от одного крайнего положения в другое был перекрыт весь необходимый интервал подаваемой в нагрузку мощности.
Любой симисторный регулятор создает радиопомехи, поэтому его следует хорошо экранировать и подключать к сети и нагрузке через фильтр. Такой, например, как на рис. 3 в статье С. Сорокоумова "Симисторный регулятор повышенной мощности" ("Радио" 2000, № 7, с 41).
Литература
- Автор: Super User
Сенсорный регулятор мощности
В статье описан сенсорный регулятор мощности на специализированной микросхеме К145АП2 - формирователе импульсов управления симистором. В предлагаемом устройстве использовано комбинированное управление микросхемой, которое, кроме обычного регулирования потребляемой мощности, позволяет реализовать эффект непрерывного плавного увеличения/уменьшения яркости свечения ламп, например, в елочных гирляндах или системах сигнализации.
Микросхема К145АП2 выполнена по технологии рМОП. Ее напряжение питания - -15 В, а потребляемый ток - в пределах от 0,5 до 2 мА. Она применена в промышленных регуляторах освещенности "АРС - 0,24", "РОС - 0,12", "РОС - 0,3".
Схема сенсорного регулятора, выполненного на этой микросхеме, показана на рисунке.
При включении в сеть нагрузка, управляемая регулятором, находится в выключенном состоянии. Если кратковременно, примерно на 0,5 с, коснуться сенсора Е1, то лампа вспыхнет почти полным накалом. Если же касание сенсора длится более продолжительное время, яркость свечения лампы сначала будет плавно уменьшаться, а достигнув минимума и немного "подождав", снова начнет увеличиваться.
Выключить питание нагрузки можно кратковременным прикосновением к сенсору. При следующем касании сенсора лампа снова включится, причем с той же яркостью, которая была перед выключением, поскольку микросхема "помнит" последнее установленное значение. Если вместо сенсора пользоваться кнопкой SB1, то процессы управления протекают так же, как и при сенсорном управлении. Отличие состоит лишь в том, что не требуется точно соблюдать фазировку подключения к сети. Для реализации функции непрерывного управления мощностью кнопка SB1 должна быть с фиксацией.
Назначение выводов микросхемы:
2 - вход синхроимпульса от сети;
3 - основной сенсорный вход;
4 - вспомогательный вход;
5 - минусовый вывод питания;
6 - выход управляющих импульсов;
12 - вход разделения общего провода;
14 - выход узла фазовой автоподстройки частоты;
15 - общий.
Микросхему регулятора питают от простейшего вторичного источника питания с гасящим конденсатором, состоящего из ограничительного резистора R8, конденсатора С4, однополупериодного выпрямителя на диодах VD4, VD5 и светодиоде HL1, одновременно выполняющем функцию индикатора подключения к сети. При излишней яркости его следует зашунтировать резистором 100...510 Ом (на схеме не показан). Выпрямленное напряжение сглаживает конденсатор C3 и стабилизирует стабилитрон VD2 на уровне -13...-15 В. По справочнику ("Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги", т. 2. - РадиоСофт, 1999 г.) напряжение питания микросхемы К145АП2 находится в пределах от-13,5 до -16,5 В, но как показывает практика, минимальное напряжение питания может быть -11...-12 В. Резистор R6 ограничивает максимальный выходной ток микросхемы. Стабилитрон VD3 защищает микросхему при выходе из строя симистора. Дроссель L1 и конденсатор С6 уменьшают уровень высокочастотных помех. Стабилитрон VD1 ограничивает амплитуду импульсов на основном входе микросхемы.
В устройстве применены резисторы МЛТ мощностью не менее указанной на схеме. Светодиод - АЛ307В, АЛ307Г, АЛ102В, АЛ102Д или любой другой с допустимым прямым током не менее 20 мА. Транзистор - любой из серий КТ503, КТ602, КТ603, КТ608, КТ611, КТ630, КТ645, КТ646 с коэффициентом передачи тока базы не менее 100. Си-мистор заменим на ТС112-10, ТС112-16 или аналогичный зарубежный. При максимальной мощности нагрузки более 40 Вт его обязательно следует установить на теплоотвод, площадь которого зависит от мощности нагрузки (при мощности 800 Вт - не менее 100 см2).
Стабилитроны КС515А (VD1, VD2) в крайнем случае допустимо заменить на 2С213А или два соединенных последовательно Д814А, КС175Ж. Стабилитрон VD3 - любой маломощный с напряжением стабилизации 20...40 В, например, КС522А, 2С530А, КС533А или два соединенных последовательно Д814Д. Конденсатор C3 - любой оксидный емкостью не менее 100 мкФ, С4 и С6 - К73-17 или зарубежные на напряжение не менее 250 В. Остальные конденсаторы - любые керамические или пленочные на напряжение не менее 25 В. Дроссель L1 выполнен на отрезке ферритового стержня 400НН длиной 20...60 мм, диаметром 8 мм. Его параметры зависят от предполагаемой максимальной мощности нагрузки. В авторском варианте при мощности 800 Вт дроссель выполнен на двух отрезках длиной по 50 мм. На каждом стержне поверх слоя бумаги намотано по 40 витков провода ПЭВ2 0,82. Обмотку дросселя желательно пропитать клеем БФ-2.
Регулятор, собранный из заведомо исправных деталей, налаживания не требует. В отдельных случаях для уменьшения помех увеличивают емкость конденсатора С6. Если происходят ложные срабатывания симистора (лампа мерцает), нужно уменьшить сопротивление резистора R10 до 51 Ом. Если они все же продолжаются, симистор следует заменить. При первом включении в качестве нагрузки следует использовать лампу накаливания мощностью 60...100 Вт. Минимальная мощность нагрузки зависит от конкретного экземпляра симистора и в некоторых случаях может составлять всего 3...8 Вт. В авторском варианте один из экземпляров регулятора с симистором КУ208Г работает с лампой 220 В 8 Вт. При первом продолжительном включении необходимо контролировать температуру симистора и дросселя. Если она окажется больше 55...60°С, нужно применить более мощный тепло-отвод для симистора и намотать обмотку дросселя проводом большего диаметра. Не следует пренебрегать предохранителем FU1, поскольку при перегорании лампы мощностью 100 Вт в сети возникает импульс тока в 20...30 А.
Регулятор можно дополнить простейшим вольтметром переменного напряжения, состоящим из резистора МЛТ-1, диода КД105Б и микроамперметра (стрелочного индикатора уровня записи магнитофона), например, М4762.1, М476/1, М4761, М6850.1. Для прибора М4762.1 сопротивление ограничительного резистора - 330 кОм.
При монтаже микросхемы следует соблюдать те же меры предосторожности, что и для микросхем, изготовленных по технологии КМОП. Устройство имеет бестрансформаторное питание от сети. Прикосновение к его элементам во время работы недопустимо.
Предлагаемый регулятор легко заменяет стандартные механические выключатели для внутренней электропроводки, если мощность ламп не превышает 150 Вт. Применение К145АП2 с микросхемами серий К561, К564 при соответствующих схемных решениях позволяет реализовать дополнительные функции управления, например, увеличение мощности до максимального значения, автоматическое уменьшение мощности, плавный выход на заранее фиксированное значение и т. д.
Автор: А.Бутов
- Автор: Super User