Симисторные регуляторы мощности своими руками
Валерий Карпин
В закладки ↑
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 ↓
- Делаем своими руками ↓
- Схема прибора ↓
- Сборка ↓
- Регулировка мощности ↓
- Блиц-советы ↓
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;
- 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.
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- Закупить необходимые электронные компоненты, радиатор и печатную плату.
- Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
- 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».
- Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
- Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
- Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
- Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
- Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
- 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.
Блиц-советы
- 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.
Статья была полезна?
4,00 (оценок: 1)
Загрузка…
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Автор: Валерий Карпин
С 2007 года интернет-журналист в сфере ремонта, дизайна интерьера и частного строительства. Постоянный участник выставок и конференций по новым технологиям в материаловедении и строительстве. Имею опыт собственной дизайн-студии и строительной фирмы. Люблю живо писать о собственном опыте.
Adblock
detector
симисторный и тиристорный, системы индикации и схемы
Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.
- Регулятор мощности на симисторе
- Напряжение на тиристоре
- Простая схема
- С генератором на основе логики
- На основе транзистора КТ117
Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.
Регулятор мощности на симисторе
Симистор, по большому счету
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.
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.
Напряжение на тиристоре
Для начала разберёмся, чем отличается тиристор от симистора. Тиристор содержит в себе 3 p-n перехода, а симистор — 5 p-n переходов. Не углубляясь в детали, если говорить простым языком, симистор обладает проводимостью в обоих направлениях, а тиристор — только в одном. Графические обозначения элементов показаны на рисунке. Из графики это хорошо видно.
Принцип работы абсолютно такой же. На чём и построена регулировка по мощности в любой схеме. Рассмотрим несколько схем регулятора на тиристорах. Первая простейшая схема, которая в основе повторяет схему на симисторе, описанную выше. Вторая и третья — с применением логики, схемы, которые более качественно гасят помехи, создаваемые в сети переключением тиристоров.
Простая схема
Простая схема фазового регулирования на тиристоре представлена ниже.
Единственное её отличие от схемы на симисторе — это то, что регулировка происходит только положительной полуволны сетевого напряжения. Времязадающая RC-цепь путём регулирования величины сопротивления потенциометра регулирует величину отпирания, тем самым задавая выходную мощность, поступающую на нагрузку. На осциллограмме это выглядит следующим образом.
Из осциллограммы видно, что регулировка мощности идёт путём ограничения напряжения поступающего на нагрузку. Образно говоря, регулировка заключается в ограничении поступления сетевого напряжения на выход. Регулируя время заряда конденсатора путём изменения переменного сопротивления (потенциометра). Чем выше сопротивление, тем дольше происходит заряд конденсатора и тем меньше мощности будет передано на нагрузку. Физика процесса подробно описана в предыдущей схеме. В этом случае она ничем особым не отличается.
С генератором на основе логики
Второй вариант более сложный. В связи с тем, что процессы коммутации на тиристорах вызывают большие помехи в сети, это плохо влияет на элементы, установленные на нагрузке. Особенно если на нагрузке находится сложный прибор с тонкими настройками и большим количеством микросхем.
Такая реализация тиристорного регулятора мощности своими руками подойдёт для активных нагрузок, например, паяльник или любые устройства нагрева. На входе стоит выпрямительный мост, поэтому обе волны сетевого напряжения будут положительными. Обратите внимание, что при такой схеме для питания микросхем понадобиться дополнительный источник постоянного напряжения +9 В. Осциллограмма из-за наличия выпрямительного моста будет выглядеть следующим образом.
Обе полуволны теперь будут положительными из-за влияния выпрямительного моста. Если для реактивных нагрузок (двигатели и другие индуктивные нагрузки) наличие разно полярных сигналов предпочтительно, то для активных — положительное значение мощности крайне важно. Отключение тиристора происходит также при приближении полуволны к нулю ток удержания подаёт до определённого значения и тиристор запирается.
На основе транзистора КТ117
Наличие дополнительного источника постоянного напряжение может вызвать затруднения, если его нет, и вовсе придётся городить дополнительную схему. Если дополнительного источника у вас нет, то можно воспользоваться следующей схемой, в ней генератор сигналов на управляющий вывод тиристора собран на обычном транзисторе.
В данной схеме генератор построен на двухбазовом транзисторе КТ117, который при таком применении будет генерировать управляющие импульсы с периодичностью, задаваемой подстроечным резистором R6. На схеме ещё реализована система индикации на базе светодиода HL1.
- VD1-VD4 — диодный мост, выпрямляющий обе полуволны и позволяющий выполнять более плавную регулировку мощности.
- EL1 — лампа накаливания — представлена вроде нагрузки, но может быть любой другой прибор.
- FU1 — предохранитель, в этом случае стоит на 10 А.
- R3, R4 — токоограничительные резисторы — нужны, чтобы не сжечь схему управления.
- VD5, VD6 — стабилитроны — выполняют роль стабилизации напряжения определённого уровня на эмиттере транзистора.
- VT1 — транзистор КТ117 — установлен должен быть именно с таким расположение базы №1 и базы №2, иначе схема будет не работоспособна.
- R6 — подстроечный резистор, определяющий момент, когда поступает импульс на управляющий вывод тиристора.
- VS1 — тиристор — элемент, обеспечивающий коммутацию.
- С2 — времязадающий конденсатор, определяющий период появления управляющего сигнала.
Остальные элементы играют незначительную роль и в основном служат для токоограничения и сглаживания импульсов. HL1 обеспечивает индикацию и сигнализирует только о том, что прибор подключён к сети и находится под напряжением.
Схема регулятора вентилятора на симисторе и конденсаторе » Hackatronic
В этой статье вы узнаете о трех различных типах схемы регулятора вентилятора. Первый основан на резисторе, второй — на симисторе, а третий — на конденсаторе.
Вы, должно быть, видели эти обычные старые и большие резистивные регуляторы вентиляторов . Эти обычные регуляторы используют резистивные провода, подключенные между нагрузкой и источником. Между проводами есть несколько точек для подключения, каждая точка имеет определенное сопротивление. Скорость вентилятора регулируется переключением точек отвода. Здесь скорость прямо пропорциональна сопротивлению провода.
Основное преимущество заключается в том, что они очень долговечны и не издают гудящего шума на низких скоростях. В этих регуляторах в качестве резистивного материала используется нихромовая проволока, поэтому много энергии тратится впустую из-за тепла, выделяемого этими проволоками. На низких скоростях они потребляют почти такое же количество энергии на высокой скорости.
Нам нужен небольшой легкий и энергоэффективный регулятор. В основном у нас есть два типа электронных регуляторов вентиляторов: первый основан на симисторе, а второй — на конденсаторе.
A) Регулятор вентилятора на основе симистора:Работа симистора, конструкция, характеристика VI и применение
В этой схеме регулятора вентилятора на основе симистора вам понадобятся четыре основных компонента, т.
Рабочие характеристики и характеристики vi симистора
характеристики vi диака
Компоненты, необходимые для цепи регулятора вентилятора на базе симистора:- Конденсатор класса X 104K/400V
- Потенциометр 500 кОм
- Резистор R1 10 кОм
- Резистор R2 47 Ом
- Конденсатор С2 0,1 мкФ
- Симистор BT136
- Диак DB3
Цепь регулятора на основе симистора присутствует между нагрузкой и источником. Как вы можете видеть на схеме, диак подключается к затвору симистора. К другому выводу диака подключены потенциометр и конденсатор. Эта RC-цепь обеспечивает постоянную времени RC для включения и выключения диaка. Резистор 10 кОм включен последовательно с переменным резистором 500 кОм.
Цепь демпфера RC должна быть подключена параллельно с Triac BT136. Цепь демпфера RC содержит резистор, соединенный последовательно с конденсатором. Цепь демпфера RC используется для защиты симистора от любых всплесков высокого напряжения и обратной ЭДС, создаваемых индуктивными нагрузками, такими как вентилятор или двигатель. Используйте эту схему с индуктивной нагрузкой, с резистивной нагрузкой в этом нет необходимости.
Работа симисторного регулятора вентилятора:
Диак представляет собой двунаправленный устройство имеет два диода в противоположных направлениях. Наш Triac также является двунаправленным устройством, которое может работать в обоих направлениях.
При включении питания симистор находится в выключенном состоянии, конденсатор C1 начинает заряжаться от нагрузки и резистора. В конце концов, напряжение конденсатора становится больше, чем напряжение пробоя диака (напряжение пробоя диака составляет около 32 В), диак включается и переключает симистор. Так включается симистор и замыкает цепь для нагрузки. После этого конденсатор начинает разряжаться, а напряжение на диаке DB3 начинает уменьшаться. Когда напряжение на диансире становится меньше, чем напряжение пробоя, диак отключается и переключает симистор в выключенное состояние. Это включение и выключение происходит очень быстро в зависимости от постоянной времени RC.
Обозначение, конструкция и характеристики ВИ
Зарядка и разрядка конденсаторов происходят случайным образом, а также переключение симистора происходит случайным образом. Постоянная времени RC резистора и конденсатора может быть увеличена за счет увеличения номинала резистора. Когда сопротивление велико, симистор включается в течение очень короткого промежутка времени, поэтому через него протекает очень небольшое количество тока, и скорость вентилятора снижается.
Основным преимуществом этой схемы является то, что она очень дешевая, небольшая по размеру и энергоэффективная. А вот минус в том, что на малых оборотах ВЕНТИЛЯТОР издает гудящий шум.
Конденсаторный регулятор вентилятора:Теперь мы увидим схему бесшумного конденсаторного регулятора вентилятора,
На схеме видно, что есть несколько конденсаторов последовательно с резистором 2,2 кОм и параллельно с резистор 220 кОм, подключенный к поворотному переключателю. Каждый конденсатор имеет разное значение емкости, чтобы обеспечить разное значение реактивного сопротивления в цепи.
Работа конденсаторного регулятора вентилятора:
Когда неполярный конденсатор, включенный последовательно с резистором, подключен к источнику переменного тока, он может давать постоянный ток. Здесь реактивное сопротивление конденсатора должно быть больше номинала резистора. Ток, протекающий через резистор 2,2 кОм, зависит от емкости конденсатора. Ток, протекающий через конденсатор, определяется выражением
Irms = Vin/X
Vin — входное переменное напряжение, а X — реактивное сопротивление конденсатора, которое определяется выражением
X = 1/2ΠFC
Например, импеданс конденсатора емкостью 1 мкФ при частоте 50 Гц составляет 3183,09 Ом, а ток, протекающий через конденсатор V/X, составляет 0,07225 А.
Резистор 220 кОм, включенный параллельно конденсатору, представляет собой продувочный резистор . Защищает, удаляя ток, накопленный в конденсаторе, при отключении сетевого питания. Это предотвращает любую опасность поражения электрическим током, потому что, когда он полностью заряжен, конденсатор сохраняет около 400 В.
Регуляторы на основе конденсаторов очень популярны, легкодоступны, дешевы и энергоэффективны. Они дороже, чем симисторные регуляторы, но их выходной сигнал представляет собой очень гладкую чистую синусоидальную волну. Основное преимущество этих регуляторов перед регуляторами на основе симистора заключается в том, что вентиляторы не производят гудящего шума на низких скоростях.
Надеюсь, вы поняли, как работает регулятор вентилятора, если у вас есть какие-то сомнения, прокомментируйте.
Простая схема регулятора вентилятора с использованием TRIAC и DIAC
В этом проекте мы разработали простую схему регулятора вентилятора, которую можно использовать для регулирования скорости вентилятора. Эта простая схема регулятора вентилятора реализована с использованием очень простых компонентов.
[adsense1]
Вы когда-нибудь сталкивались с использованием обычного регулятора напряжения вентилятора для управления скоростью? Такой тип регулятора называется регулятором сопротивления, который работает по принципу реостата или резистивного делителя потенциала.
Поскольку шаги (ручки на блоке регулятора) уменьшаются, это означает, что вы фактически увеличиваете сопротивление цепи, и, следовательно, на вентилятор подается меньшая мощность, поэтому он становится медленнее.
Очевидно, что потребление мощности вентилятором будет меньше при более низких скоростях при таком расположении, но это не метод энергосбережения. Падение напряжения на сопротивлении преобразуется в тепловые потери (I 2 R), поэтому энергия рассеивается в виде тепла.
Эта потеря энергии больше при высоком сопротивлении или низкой скорости. Поэтому обычные регуляторы напряжения вентилятора имеют больше потерь энергии.
обычный регулятор напряжения , альтернативная конструкция регулятора вентилятора (регулятор напряжения) может быть легко реализована для уменьшения потерь энергии, вызванных обычными регуляторами напряжения.Чтобы узнать больше о TRIAC, прочитайте этот пост: TRIAC – основы, работа и применение
Этот тип регулятора напряжения представляет собой энергосберегающее устройство, в котором используются TRIAC, DIAC и потенциометрическое сопротивление. Этот метод обеспечивает бесступенчатое управление скоростью вращения вентилятора путем получения требуемой мощности от основного источника питания в данный момент времени.
Таким образом, энергия сохраняется, а не тратится попусту. Давайте кратко обсудим эту схему регулятора напряжения и ее работу.
Электронный регулятор напряженияТеперь мы собираемся построить простую схему регулятора вентилятора, которая обычно используется для управления скоростью вентилятора в наших домах или офисах. Поскольку мы знаем, что, изменяя угол открытия симистора, можно контролировать мощность, подаваемую через нагрузку, что является не чем иным, как концепцией управления мощностью с использованием симистора.
Тот же принцип применяется к схеме регулятора напряжения, которую мы собираемся обсудить.
Компоненты, необходимые для схемы регулятора напряжения
- Резистор R1 – 10 кОм
- Переменное сопротивление или потенциометр R2 – 100 кОм
- Полиэфирный конденсатор C1 – 0,1 мкФ (Для рабочего диапазона до 400 В)
- ДИАК, D1 – DB3
- Триак, T1 – BT136
- Однофазный потолочный вентилятор или двигатель переменного тока – 220 В, 50 Гц (диапазон мощности менее 200 Вт)
Соединение цепи регулятора напряжения
- Распознайте клеммы всех компонентов для положительных и отрицательных клеммных соединений.
- Возьмите нулевую плату или печатную плату (PCB) и подключите цепь, как показано на схеме ниже.
- Цепь зажигания состоит из резистора R1, потенциометра R2, конденсатора C1 и DIAC. Подключите одну клемму DIAC к комбинации резисторов и конденсатора делителя напряжения, как показано на рисунке.
- Ознакомьтесь с техническими данными TRIAC BT 136, чтобы распознать выводы TRIAC и узнать другую подробную информацию. Подключите клемму MT1 к нейтрали, а MT2 к одному концу двигателя переменного тока или нагрузки. И подключите клемму ворот к другому концу DIAC.
- Подключите нагрузку или потолочный вентилятор между клеммой Phase или Line источника питания переменного тока и клеммой MT2 TRIAC.
ПРИМЕЧАНИЕ : Для демонстрации мы подключили лампочку к простой цепи регулятора вентилятора вместе с мультиметром, чтобы показать напряжение.
Для получения дополнительной информации о DIAC: DIAC – Введение, работа и применение
Принципиальная схема регулятора напряжения с использованием TRIAC, DIAC
Работа схемы электронного регулятора напряжения Перед подачей питания В этой простой схеме регулятора вентилятора держите переменный резистор или потенциометр в положении максимального сопротивления, чтобы симистор не запускался и, следовательно, симистор находился в режиме отсечки.
Примечание
- В качестве меры безопасности проверьте хорошее рабочее состояние этой цепи, подав низкое напряжение, например 24 В переменного тока или 12 В переменного тока, с небольшой нагрузкой, такой как маломощная лампочка, перед подключением к сети.
- Если нагрузка превышает 200 Вт, выберите симистор с большей мощностью вместо симистора BT 136.