- Принцип роботи регулятора на сімісторов
- Варіанти схем регулятора
- Схема регулятора зі зворотним зв'язком
- Регулятор для індуктивного навантаження
- Простий регулятор потужності на сімісторов своїми руками
Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!
Для управління деякими видами побутових приладів (наприклад, електричним інструментом або пилососом) застосовують регулятор потужності на основі симистора. Детально про принцип роботи цього напівпровідникового елемента можна дізнатися з матеріалів, розміщених на нашому сайті. У даній публікації ми розглянемо ряд питань, пов'язаних з сімісторний схемами управління потужністю навантаження. Як завжди, почнемо з теорії.
Принцип роботи регулятора на сімісторов
Нагадаємо, що симистором прийнято називати модифікацію тиристора, що грає роль напівпровідникового ключа з нелінійної характеристикою. Його основна відмінність від базового приладу полягає в двосторонньої провідності при переході в «відкритий» режим роботи, при подачі струму на керуючий електрод. Завдяки цій властивості сімістори не залежить від полярності напруги, що дозволяє їх ефективно використовувати в ланцюгах з змінною напругою.
Крім придбаної особливості, дані прилади мають важливу властивість базового елементу - можливістю збереження провідності при відключенні керуючого електрода. При цьому «закриття» напівпровідникового ключа відбувається в момент відсутності різниці потенціалів між основними висновками приладу. Тобто тоді, коли змінна напруга переходить точку нуля.
Додатковим бонусом від такого переходу в «закрите» стан є зменшення числа перешкод на цій фазі роботи. Звернемо увагу, що не створює перешкод регулятор може бути створений під управлінням транзисторів.
Завдяки перерахованим вище властивостям, можна управляти потужністю навантаження шляхом фазового управління. Тобто, симистор відкривається кожен напівперіод і закривається при переході через нуль. Час затримки включення «відкритого» режиму як би відрізає частину напівперіоду, в результаті форма вихідного сигналу буде пилкоподібної.
При цьому амплітуда сигналу буде залишатися незмінною, саме тому такі пристрої неправильно називати регуляторами напруги.
Варіанти схем регулятора
Наведемо кілька прикладів схем, що дозволяють управляти потужністю навантаження за допомогою симистора, почнемо з найпростішої.
позначення:
- Резистори: R1- 470 кОм, R2 - 10 кОм,
- Конденсатор С1 - 0, 1 мкФ х 400 В.
- Діоди: D1 - 1N4007, D2 - будь індикаторний світлодіод 2, 10-2, 40 V 20 мА.
- Динистор DN1 - DB3.
- Симистор DN2 - КУ208Г, можна встановити більш потужний аналог BTA16 600.
За допомогою динистора DN1 відбувається замикання ланцюга D1-C1-DN1, що переводить DN2 в «відкрите» положення, в якому він залишається до точки нуля (завершення полупериода). Момент відкриття визначається часом накопичення на конденсаторі порогового заряду, необхідного для перемикання DN1 і DN2. Управляє швидкістю заряду С1 ланцюжок R1-R2, від сумарного опору якої залежить момент «відкриття» симистора. Відповідно, управління потужністю навантаження відбувається за допомогою змінного резистора R1.
Незважаючи на простоту схеми, вона досить ефективна і може бути використана в якості підсвічування для освітлювальних приладів з ниткою розжарення або регулятора потужності паяльника.
На жаль, наведена схема не має зворотного зв'язку, отже, вона не підходить в якості стабілізованого регулятора обертів колекторного електродвигуна.
Схема регулятора зі зворотним зв'язком
Зворотній зв'язок необхідний для стабілізації обертів електродвигуна, які можуть змінюватися під впливом навантаження. Зробити це можна двома способами:
- Встановити таходатчіка, що вимірює кількість обертів. Такий варіант дозволяє виробляти точне регулювання, але при цьому збільшується вартість реалізації рішення.
- Відстежувати зміни напруги на електродвигуні і, в залежності від цього, збільшувати або зменшувати «відкритий» режим напівпровідникового ключа.
Останній варіант значно простіше в реалізації, але вимагає невеликої настройки під потужність використовуваної електромашини. Нижче наведена схема такого пристрою.
позначення:
- Резистори: R1 - 18 кОм (2 Вт); R2 - 330 кОм; R3 - 180 Ом; R4 і R5- 3, 3 кОм; R6 - необхідно підбирати, як це робиться буде описано нижче; R7 - 7, 5 кОм; R8 - 220 кОм; R9 - 47 кОм; R10 - 100 кОм; R11 - 180 кОм; R12 - 100 кОм; R13 - 22 кОм.
- Конденсатори: 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 ..
- Діоди D1 - 1N4007; D2 - будь індикаторний світлодіод на 20 мА.
- Симистор Т1 - BTA24-800.
- Мікросхема - U2010B.
Дана схема забезпечує плавний запуск електричної установки і забезпечує її захист від перевантаження. Допускається три режими роботи (виставляються перемикачем S1):
- А - При перевантаженні включається світлодіод D2, який сигналізує про перевантаження, після чого двигун знижує обороти до мінімальних. Для виходу з режиму необхідно відключити і включити прилад.
- В - При перевантаженні включається світлодіод D2, мотор перекладається на роботу з мінімальними оборотами. Для виходу з режиму необхідно зняти навантаження з електродвигуна.
- С - Режим індикації перевантаження.
Налаштування схеми зводиться до підбору опору R6, воно обчислюється, в залежності від потужності, електромотора за такою формулою:. Наприклад, якщо нам необхідно управляти двигуном потужністю 1500 Вт, то розрахунок буде наступним: 0, 25 / (1500/240) = 0, 04 Ом.
Для виготовлення даного опору найкраще використовувати ніхромовий дріт діаметром 0, 80 ілі1, 0 мм. Нижче представлена таблиця, що дозволяє підібрати опір R6 і R11, в залежності від потужності двигуна.
Наведене пристрій може експлуатуватися як регулятора обертів двигунів електроінструментів, пилососів та іншого побутового обладнання.
Регулятор для індуктивного навантаження
Тих, хто спробує керувати індуктивним навантаженням (наприклад, трансформатором зварювального апарату) за допомогою вище зазначених схем, чекає розчарування. Пристрою не працюватимуть, при цьому цілком можливий вихід з ладу сімісторов. Це пов'язано з фазовим зрушенням, через що за час короткого імпульсу напівпровідниковий ключ не встигає перейти в «відкритий» режим.
Існує два варіанти вирішення проблеми:
- Подача на керуючий електрод серії однотипних імпульсів.
- Подавати на керуючий електрод постійний сигнал, поки не буде прохід через нуль.
Перший варіант найбільш оптимальний. Наведемо схему, де використовується таке рішення.
Як видно з наступного малюнка, де продемонстровані осцилограми основних сигналів регулятора потужності, для відкриття симистора використовується пакет імпульсів.
Цей пристрій робить можливим використання регуляторів на напівпровідникових ключах для управління індукційної навантаженням.
Простий регулятор потужності на сімісторов своїми руками
На завершення статті наведемо приклад найпростішого регулятора потужності. В принципі, можна зібрати будь-яку з наведених вище схем (найбільш спрощений варіант був приведений на малюнку 2). Для цього приладу навіть не обов'язково робити друковану плату, пристрій може бути зібрано навісним монтажем. Приклад такої реалізації показаний на малюнку нижче.
Використовувати даний регулятор можна як діммера, а також керувати за його допомогою потужними електронагрівальними приладами. Рекомендуємо підібрати схему, в якій для управління використовується напівпровідниковий ключ з відповідними току навантаження характеристиками.