Симисторный регулятор мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы

 Комментарии к статье

Компактный электронный регулятор, позволяющий плавно и в достаточно широком диапазоне изменять яркость свечения нитей ламп накаливания, мощность бытового электронагревателя или скорость вращения вала у двигателя переменного тока, может смастерить даже не слишком опытный радиолюбитель. Ведь в основе предлагаемого устройства лежит знакомое многим по публикациям предыдущих аналогов и хорошо зарекомендовавшее себя техническое решение: на симисторе с экономичным управлением по фазоимпульсному методу. К тому же принципиальную электрическую схему дополняет обстоятельно разработанная топология печатной платы с конкретизацией расположения элементов монтажа. Да и радиодетали в конструкции применены довольно распространенные.

Среди достоинств следует также отметить использование КМОП-микросхем, позволяющих снизить ток, потребляемый системой управления во всех режимах, до минимальных 1,5 мА и потому - не отключать полностью ее от сети. А замена типового тумблера малогабаритной кнопкой, располагаемой вместе со светодиодным индикатором поблизости от нагрузки, повышает удобство ее включения-выключения.

Разумеется, и это еще не идеал. Не все логические элементы микросхем оказываются задействованными в работе. Неиспользуемые входы приходится соединять с "общим" проводом.

Почти вся схема питается от источника постоянного тока, собранного на VD1-VD3, С2, С4 и С5. Причем конденсатор С2 выполняет роль гасящего реактивного сопротивления. Диоды VD1, VD2 образуют двухполупериодный выпрямитель, напряжение которого поддерживается на уровне 10 В стабилитроном VD3 и сглаживается суммарной емкостью С4 и С5. Конденсатор С4 шунтирует в основном высокочастотные помехи, поступающие от бытовой электросети, но не подавляемые большеемкостным "электролитом" из - за свойственной ему значительной паразитной индуктивности.

Следующая особенность данного источника электропитания связана непосредственно с симисторами. Ведь большинство столь характерных полупроводниковых приборов можно открыть (при "плюсовом" напряжении на аноде) импульсами любой полярности, подаваемыми на управляющий электрод относительно катода, а при "минусовом" Uа - только отрицательными. Поэтому положительный вывод у рассматриваемого источника питания соединен не иначе как с катодом симистора, и на управляющем электроде будут формироваться отрицательные импульсы при напряжении любой полярности на аноде.

Для уяснения сути нелишне, думается, напомнить о том, что фазоимпульсный метод позволяет регулировать мощность в нагрузке изменением той части полупериода сетевого напряжения, в течение которой симистор пропускает ток. Значит, для правильной работы устройства необходимо прежде всего выделить начало каждого полупериода (чему соответствует мгновенное напряжение в сети, равное или близкое нулю), а затем в течение 10 мс (длительность полупериода сетевого напряжения частотой 50 Гц) сформировать импульс. И чем раньше будем открывать симистор, тем большая мощность станет выделяться на нагрузке.

Формирователь импульсов частотой 100 Гц собран на элементах VT1, VT2, R3, R4, R7. С появлением положительного полупериода на верхнем (по схеме) сетевом проводе к эмиттерному переходу транзистора \/Т1 оказывается приложенным напряжение "открывающей" полярности. Полупроводниковый триод действительно становится открытым, а его Uк - близким к Uэ. Падение напряжения на резисторе R3 приближается к 1 В открытого эмиттерного перехода транзистора VТ1, поэтому "обратносмещенный" эмиттерный переход транзистора \/Т2 не пробивается. При отрицательном полупериоде полупроводниковые триоды меняются ролями.

Резистор R4 ограничивает ток через базы транзисторов. А R7,являясь коллекторной нагрузкой \/Т1 и VT2, задает нулевой потенциал на входе 1 логического элемента DD1.1 (при закрытых полупроводниковых триодах).

Принципиальная электрическая схема самодельного устройства (символ "1" применен для условного обозначения "общего" провода, заземлять который в предлагаемом техническом решении категорически запрещено) (нажмите для увеличения)

Топология печатной платы (а) и расположение деталей (б) при монтаже

В моменты, когда Uсети близко к нулю, ток через названные выше транзисторы не течет, так как падение напряжения на резисторе R3 недостаточно для их отпирания. Значит, Uк оказывается равным напряжению на минусовом выводе источника питания. В итоге получают короткие отрицательные импульсы, соответствующие началу каждого полупериода сети.

Во включенном состоянии на входе 2 DD1.1 высокий уровень напряжения. Поэтому отрицательные импульсы, поступающие на первый вход, инвертируются логическим элементом и через эмиттерный повторитель (транзистор \/Т5) заряжают конденсатор С8 практически до напряжения источника питания.

Разряд -через цепочку R8R9 и \/Т4. При снижении напряжения до порогового элементы DD1.2, DD1.3 переключаются. "Спад", поступая с элемента DD1.3, дифференцируется цепью С9R12 и уже в виде импульса длительностью около 12 мкс включает (через инвертор DD1.4 и транзистор \/Т6, работающий как усилитель тока) симистор VS1.

Переменным резистором R9 регулируют длительность разряда конденсатора С8, а значит, изменяют момент включения симистора и эффективное напряжение на нагрузке. Емкость конденсатора С9 определяет саму длительность импульса открывания симистора, резистор R12 задает потенциал на входе логического элемента DD1.4. Что касается стабилитрона VD6, то он обеспечивает надежный запуск устройства.

На инверторе DD2.1 и триггере DD3.1 собран узел включения - выключения регулятора. От этого же узла идут управляющие сигналы на другие части схемы. Транзистор VT4 служит для плавного включения нагрузки, а элементы DD2.2, DD2.3 совместно с VT7 и VD5 обеспечивают подсветку кнопки.

При первоначальном включении устройства или после пропадания напряжения сети цепочка C3R2 формирует положительный импульс на входе R логического элемента DD3.1, устанавливающий его в нулевое состояние, при котором нагрузка выключена. Выполняя функции Т-триггера, DD3.1 чутко реагирует на положительные перепады напряжения на входе С. При каждом появлении такого перепада данный логический элемент изменяет свое состояние на противоположное.

Цепочка R1C1 подавляет дребезг контактов, а входящий в ее состав резистор R1 задает нужный потенциал на входе инвертора DD2.1. Нажатие же на любую из кнопок SB вызывает положительный перепад напряжения на выходе данного элемента, переключая триггер DD3 в единичное состояние. Получающийся сигнал высокого уровня уходит на DD1.1, разрешая его работу. При этом создаются благоприятные условия для заряда конденсатора С6 до 10 В через резистор R6. Сопротивление канала транзистора VT4 плавно уменьшается и через 5-7 с достигает своего минимума.

Но канал транзистора VT4 включен последовательно с резистором R9 в цепь разряда конденсатора С8, и с повышением напряжения на затворе VT4 мощность в нагрузке будет плавно возрастать до уровня, установленного резистором R9.

Резистор R10 создает минимальное отрицательное смещение на затворе для полного запирания регулятора при нулевом сопротивлении резистора R9. Необходимость такого напряжения смещения обусловлена тем, что после включения устройства не должно оставаться времени на возникновение нештатной ситуации, когда нагрузка все еще обесточена, а конденсатор С7 выполняет по переменному напряжению роль шунта для резистора R10, исключая его из цепи разряда вышеназванного С8.

Низкий уровень с инверсного выхода триггера закрывает VT3 и запрещает переключение инверторов DD2.2, DD2.3. На баэе транзистора VT7 сохраняется высокий уровень, и светодиод VD5 не горит.

Следующее нажатие на любую из кнопок SB снова переключает триггер в нулевое состояние. Логический "0" с выхода 13 триггера запретит переключение элемента DD1.1, на его выходе установится высокий уровень. Следовательно, транзистор VT6 будет постоянно открыт, конденсатор С8 заряжен, а сама нагрузка (например, электролампа) обесточена. Логическая же единица, поступая с выхода 12 триггера через токоограничительный резистор R6, откроет транзистор VT3, через который быстро разрядится конденсатор С6, и это обеспечит подготовку устройства к новому включению.

Высокий уровень на входах 13 и 9 логических элементов DD2.2, DD2.3 позволит им пропускать отрицательные импульсы с транзисторов VT1, VT2. Эти импульсы открывают на короткое время транзистор VT7, и светодиод загорается. Резистор R13 ограничивает средний ток через VD5 (чтобы не перегружать источник питания, иначе выдаваемое им напряжение начнет падать).

Практически весь самодельный регулятор (за исключением разъемов, плавкого предохранителя, симистора и светодиода) смонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита.

Транзисторы VT1, VT2, VT7 могут быть маломощными кремниевыми, но обязательно структуры р-п-р, с коэффициентом передачи по току более 100. Почти те же требования и к выбору VT3, VT6, кроме самой структуры. Она здесь п-p-n. В качестве VT5 приемлем полупроводниковый триод серии КТ201 (с любым буквенным индексом в конце). Можно использовать и кремниевые маломощные транзисторы структуры n-p-п, обезопасив такую замену включением VD4 (на рисунке это выделено штриховым контуром). Диод защитит эмиттерный переход от пробоя обратным напряжением, которое появляется после закрывания транзистора VT5. На месте VT4 одинаково хорошо работают все полевые транзисторы серии КП305.

Не очень строги критерии и при подборе других радиодеталей. Стабилитрон VT3 не является здесь исключением - подойдет любой с напряжением стабилизации 10 В. Диоды из серий КД509, КД510, КД522. Конденсаторы: С5 типа К50 - 24, К50 - 29; С6, С7 - К53; C3 - любой оксидный; С4, С9 - кремниевые; С1, С2, С8 - металлопленочные типов К70 - К78 (причем у С2 расчетное рабочее напряжение - не менее 250 В). Переменный резистор - любого типа, его корпус в целях экранирования соединяют с "плюсовым" проводом цепи питания. Постоянные резисторы - типа С2 - 33Н, МЛТ. Что касается плавкого предохранителя FU1, то он, конечно же, должен соответствовать току конкретной нагрузки.

Отладка устройства сводится к подбору резистора R10 по следующей методике (излагается конспективно).

Вывод 2 элемента DD1.1 временно отсоединяют от цепи и подключают к выводу 1. Установив вместо R10 переменный резистор номиналом 100 кОм, уменьшают его сопротивление до нуля. Включают симисторный регулятор в сеть и минуту-другую ждут, пока через "малоемкостный" С2 не зарядится до номинального напряжения 10В электролитический конденсатор С5.

Контролируя по осциллографу форму импульсов в нагрузке, увеличивают сопротивление переменного резистора - замены R10 до тех пор, пока симистор не перестает открываться. Затем несколько раз включают-выключают нагрузку, добиваясь имеющимися органами регулировки, чтобы транзистор \/Т4, срабатывая должным образом, надежно запирал VS1. После этого переменный резистор заменяют постоянным и восстанавливают соединение вывода 2 DD1.1 согласно схеме.

Практика показывает: установкой и подбором резистора R11 можно достичь того, что максимальному сопротивлению резистора R9, работающего как реостат, будет соответствовать нулевое напряжение на нагрузке. А чтобы при полном включении нагрузки добиться минимизации падения напряжения на симисторе, его надо открывать после начала полупериода как можно быстрее. Значит, формирователь импульсов перехода сетевого напряжения через нуль должен вырабатывать достаточно короткие импульсы. Для их минимизации следует увеличивать сопротивление резистора R3 и подбирать R7. Идти же по пути снижения номинала R4 нежелательно - это энергорасточительство.

И еще. При налаживании и практическом использовании симисторного регулятора нельзя забывать, что с подключением устройства к сети все, в том числе и переменный резистор, оказывается под ее высоким напряжением. А с переменным током 220 В не шутят, даже если корпус электронной самоделки выполнен из добротного изоляционного материала.

Автор: А.Руденко

Смотрите другие статьи раздела Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальное время для отхода ко сну 11.09.2024

Режим сна давно признан важным фактором, влияющим на здоровье человека, но недавно ученые обнаружили, что время отхода ко сну может играть еще более значимую роль в поддержании здоровья сердечно-сосудистой системы. Согласно исследованию британских ученых, засыпание в промежутке с 22 до 23 часов может снизить риск развития сердечных заболеваний и, следовательно, продлить жизнь. В исследовании приняли участие более 88 000 человек, средний возраст которых составил 61 год, причем большинство участников были женщины. В ходе исследования использовались данные, собранные с помощью акселерометров - устройств, фиксирующих движения, которые позволяют точно отслеживать время отхода ко сну и пробуждения. Целью было выявить, как время сна связано с риском сердечно-сосудистых заболеваний. Анализ данных показал, что засыпание между 22 и 23 часами связано с более низким риском развития сердечных заболеваний, таких как инфаркт, инсульт и хроническая ишемическая болезнь сердца. В сравнении с теми, ...>>

Роботы-грибы управляются светом 11.09.2024

Одна из самых удивительных разработок в области использования природных материалов в робототехнике появилась благодаря усилиям группы исследователей из Корнельского университета. Они создали роботов, управляемых с помощью грибных мицелиальных нитей. Эти живые структуры могут не только реагировать на свет, но и передавать электрические сигналы, что открывает путь к созданию гибридных роботов с уникальными возможностями. Мицелий представляет собой подземную сеть грибов, обладающую способностью улавливать свет, реагировать на химические раздражители и передавать электрические импульсы. Эти свойства делают его идеальным кандидатом для создания сенсорных систем в роботах, которые могут работать в условиях, недоступных для обычных технологий. По словам исследователей, такие роботы могут в будущем помочь обнаруживать невидимые для человека изменения в окружающей среде, например, в сельском хозяйстве. Команда ученых разработала два экспериментальных робота. Первый из них - мягкий робот в ...>>

Употребление яиц помогает стать умнее 10.09.2024

В последние годы ученые все чаще обращают внимание на влияние питания на работу мозга. Одним из самых перспективных продуктов в этом отношении стали обычные куриные яйца. Их уникальный состав способен поддерживать когнитивные функции и даже стимулировать развитие мозга. Недавние исследования показали, что яйца могут помочь улучшить память, концентрацию и креативность благодаря содержащимся в них полезным веществам, таким как белок NWT-03, холин, лютеин и зеаксантин. Ключевым компонентом, благодаря которому яйца оказывают положительное влияние на мозг, является белок NWT-03. Этот белок стимулирует активность мозга, улучшая когнитивные функции. Ученые обнаружили, что регулярное употребление яиц способствует улучшению памяти и внимания. Белок NWT-03 помогает мозгу быстрее обрабатывать информацию и формировать новые нейронные связи, что способствует гибкости и эффективности его работы. Яйца содержат и другие важные вещества, помогающие поддерживать здоровье мозга на протяжении всей ж ...>>

Случайная новость из Архива Колонизация Марса не за горами 17.06.2012 Возможно, первая высадка на другую планету станет крупнейшим и увлекательнейшим реалити-шоу в истории телевидения. Во всяком случае, именно на это надеются авторы концепции. Энтузиасты оригинальной идеи - Нобелевский лауреат, физик Жерар Хоофт и создатель известного реалити-шоу "Большой брат" Поль Ромер. Это одни из основателей компании Mars One, занимающейся подготовкой к миссии на Марс, которую планируется превратить в телешоу. В рамках этой миссии к 2033 году предполагается создать на Марсе первую человеческую колонию из 20 человек. В течение семи месяцев полета за первым экипажем марсианской миссии будут следить миллионы телезрителей на Земле, тем самым финансируя продолжение колонизации Красной планеты. Инициаторы этой необычной идеи хотят воспользоваться возможностями частных компаний, например, SpaceX, чтобы в 2023 году доставить на Марс первых колонистов, причем их возвращение на Землю не запланировано. Первые члены экипажа подготовят марсианский "дом" и проведут ряд научных исследований. Их марсианская жизнь будет транслироваться по ТВ, что позволит собрать деньги на отправку новой партии колонистов. К 2033 году численность населения марсианского "поселка" вырастет до 20 человек. Подобная схема организации и финансирования столь амбициозной миссии никогда серьезно не рассматривалась. Однако прогресс в области частной космонавтики делает эту затею вполне реализуемой, хотя и невероятно сложной, учитывая намеченные сроки. Многие эксперты в области космонавтики считают, что "безумная кучка телевизионщиков" не в состоянии справиться с подобной миссией и лишь погубит людей. Однако если учесть, что перед колонистами не стоит задача вернуться на Землю, а драматизм нештатных ситуаций даже поднимет рейтинг (а значит, и прибыль) космического реалити-шоу, то задача Mars One выглядит не такой уж сложной и вполне может найти поддержку инвесторов.

Другие интересные новости:

▪ Радар снимает HD-видео

▪ Краска чернее черного

▪ Натуральный экологически чистый клей

▪ От грязного воздуха люди глупеют

▪ Внедорожник на солнечной энергии Humble Motors Humble One

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Альтернативные источники энергии. Подборка статей

▪ статья Ручка из конденсатора. Советы домашнему мастеру

▪ статья Почему Черчилль однажды принял письмо Рузвельта за типографский документ? Подробный ответ

▪ статья Пробоотборщик мазута. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Антенны. Технология. Справочник

▪ статья Фарфоровая ваза. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2024