Симисторный светорегулятор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Освещение

 Комментарии к статье

Предлагаемый вниманию читателей светорегулятор позволяет регулировать яркость освещения в помещениях, мощность бытовых нагревательных элементов, скорость вращения двигателей переменного тока. Его можно использовать и для уменьшения пускового тока ламп накаливвния, что продлевает срок их службы. Светорегулятор управляется кнопками, что дает возможность включать и выключать нагрузку на заметном расстоянии от управляемого объекта. А чтобы кнопку легко можно было найти в темноте, рядом с ней устанавливается светодиод, который светится только при выключенном освещении.

Этот регулятор выполнен на базе устройства, описанного в статье С. Бирюкова "Симисторные регуляторы мощности" ("Радио", 1996, № 1, с. 44 - 46). В отличие от него, предлагаемый в данной статье светорегулятор не отключается полностью от сети, что потребовало доработать его с целью снижения потребляемого тока. В результате ток снизился до 1,5 мА во всех режимах работы. После доработки расширился и диапазон регулирования мощности. При стоваттной нагрузке он составляет около 99%.

Принципиальная схема светорегулятора показана на рис. 1. Для управления симистором VS1 необходим формирователь коротких импульсов, один из выводов которого соединен с сетевым проводом. Питается формирователь от источника, собранного на элементах С2, R2, VD1 - VD3, С4, С5. Диоды VD1, VD2 выполняют функции выпрямителя. Выпрямленное напряжение стабилизируется на уровне 10 В стабилитроном VD3. Конденсаторы С4, С5 входят в состав сглаживающего фильтра, причем С4 шунтирует в основном высокочастотные сетевые помехи, которые не подавляются оксидным конденсатором С5 из-за его значительной паразитной индуктивности.

(нажмите для увеличения)

При положительном напряжении на аноде большинство симисторов можно открыть импульсами любой (относительно катода) полярности, поступающими на управляющий электрод, а при отрицательном - импульсами только отрицательной полярности. Положительный вывод источника питания описываемого регулятора соединен с катодом симистора. В результате на его управляющем электроде будут формироваться отрицательные импульсы при любой полярности на аноде.

При использовании фазоимпульсного метода мощность в нагрузке регулируется путем изменения части полупериода сетевого напряжения, в течение которой симистор пропускает ток. Для этого необходимо выделить начало каждого полупериода сетевого напряжения (ему соответствует напряжение, равное или близкое к нулю), а затем в течение 10 мс (длительность половины периода сетевого напряжения частотой 50 Гц) сформировать сам управляющий импульс. Таким образом, чем раньше будет открываться симистор, тем большая мощность станет выделяться на нагрузке.

Формирователь импульсов частотой 100 Гц собран на элементах VT1, VT2, R4, R5, R8. В течение положительного полупериода сетевого напряжения открыт транзистор VT1, в течение отрицательного - транзистор VT2. Резистор R5 ограничивает базовый ток транзисторов. Резистор R8 выполняет функции коллекторной нагрузки обоих транзисторов. Когда сетевое напряжение близко к нулю, оба транзистора закрыты и напряжение на их коллекторах равно напряжению на минусовом выводе источника питания. При этом на входе 1 элемента DD1.1 образуются короткие импульсы отрицательной полярности, соответствующие началу каждого полупериода сетевого напряжения.

Во включенном состоянии регулятора на входе 2 элемента DD1.1 присутствует напряжение, соответствующее высокому логическому уровню, поэтому отрицательные импульсы на входе 1 этого элемента инвертируются им и поступают на базу транзистора VT5, включенного по схеме эмиттерного повторителя. Протекающий через него ток заряжает конденсатор С8 практически до напряжения источника питания. Разряжается конденсатор через цепь R9, R10, R12, VT4. При разрядке его до напряжения, соответствующего пороговому, переключаются элементы DD1.2 и DD1.3. Спад напряжения, возникающий на выходе 11 элемента DD1.3, дифференцируется цепью C9R13 и в виде импульса длительностью около 12 мкс через инвертор DD1.4 поступает на усилитель тока на транзисторе VT6, а затем на управляющий электрод симистора VS1. Переменным резистором R10 регулируют длительность разрядки конденсатора С8, от которой зависят момент включения симистора, а значит, и эффективное напряжение на нагрузке.

Стабилитрон VD5 обеспечивает надежный запуск светорегулирующего устройства. При его отсутствии в первый момент включения регулятора после перерыва в работе через управляющий переход симистора и транзистор VT6 начинает течь ток, не дающий зарядиться конденсатору фильтра С5 и препятствующий росту напряжения источника питания до номинального значения. Резистор R15 ограничивает ток через управляющий переход симистора. Необходимость такого ограничения вызвана не обеспечением безопасности эксплуатации стабилитрона и симистора (столь короткий импульс тока не может вывести их из строя), а возможным ухудшением экономичности светорегулятора.

На инверторе DD2.1 и триггере DD3.1 собрано устройство управления включением и выключением светорегулятора, на транзисторе VT4 - узел плавного включения нагрузки, а на элементах DD2.2, DD2.3, VT7, HL1 - узел подсветки кнопки SB1 (SB2 - SBn).

При начальном включении регулятора или после пропадания сетевого напряжения цепочка C3R3 формирует положительный импульс на входе R триггера DD3.1, устанавливающий его в нулевое состояние, при котором нагрузка выключена. Элемент DD3.1 реагирует на положительный перепад напряжения на входе С и при каждом его появлении изменяет свое состояние на противоположное. Цепочка R1C1 подавляет дребезг контактов кнопки SB1. Через резистор R1 задается также напряжение на входе инвертора DD2.1. При нажатии на кнопку SB1 на выходе этого элемента возникает положительный перепад напряжения, переключающий триггер DD3.1 в единичное состояние. Высокий логический уровень, появляющийся при этом на прямом выходе триггера, разрешает работу логического элемента DD1.1. Одновременно через резистор R6 конденсатор С6 заряжается практически до 10 В. По мере роста напряжения на этом конденсаторе увеличивается напряжение на затворе транзистора VT4 и плавно уменьшается сопротивление его канала, достигая минимума через 5...7 с после начала зарядки конденсатора С6. А поскольку канал транзистора VT4 последовательно с резистором R10 включен в цепь разрядки конденсатора С8, мощность в нагрузке плавно возрастает до уровня, установленного резистором R10.

Резистор R11 создает минимальное отрицательное смещение на затворе транзистора VT4, которое обеспечивает полное выключение светорегулятора при нулевом сопротивлении резистора R10. Это смещение необходимо еще и для того, чтобы при включении светорегулятора сразу включалась нагрузка. Конденсатор С7 шунтирует резистор R11 по переменному напряжению, исключая его из цепи разрядки конденсатора С8.

Низкий уровень напряжения с инверсного входа триггера DD3.1 закрывает транзистор VT3 и запрещает переключение инверторов DD2.2 и DD2.3. В результате транзистор VT7 остается закрытым, ток через него не течет и включенный в его эмиттерную цепь светодиод HL1 не горит.

При следующем нажатии на кнопку SB1 (SB2-SBn) триггер снова переключается в нулевое состояние. Логический нуль с его выхода 13 запрещает переключение элемента DD1.1, и на выходе последнего устанавливается высокий логический уровень, поддерживающий открытое состояние транзистора VT5. В результате конденсатор С8 будет заряжен до максимального напряжения, а нагрузка обесточена. Присутствующий в это время на выходе 12 триггера уровень логического нуля откроет транзистор VT3, через который быстро разрядится конденсатор С6, и светорегулятор будет готов к новому включению. Высокий логический уровень напряжения с выхода 12 триггера поступит также на входы 13 и 9 логических элементов DD2.2, DD2.3 и позволит им пропустить отрицательные импульсы с нагрузки транзисторов VT1, VT2. Эти импульсы откроют на короткое время транзистор VT7, и включенный в его эмиттерную цепь светодиод HL1 загорится. Резистор R14 ограничивает средний ток через светодиод, чтобы не перегружать источник питания, иначе его напряжение начнет падать.

Все детали светорегулятора, кроме симистора VS1 и светодиода HL1, смонтированы на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Чертеж платы показан на рис. 2, а, а расположение на ней деталей - на рис. 2, б.

При монтаже можно использовать постоянные резисторы С2 - ЗЗН или МЛТ и любой переменный резистор указанного на принципиальной схеме сопротивления. Конденсаторы С1, С2, С8 - К73-15, К77 - 3 и другие из серии К70 - К78, конденсатор С2 должен быть рассчитан на напряжение не менее 250 В. Конденсатор C3 - любой оксидный, С4, С9 - керамические КМ - 5, К10 - 17, С5 - К50 - 24 или К50 - 29, С6, С7 - К53 - 14. На месте диодов могут работать КД510, КД509 с любым буквенным индексом. Стабилитрон VD3 - любой с напряжением стабилизации 10 В. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любыми кремниевыми маломощными структуры p-n-p с коэффициентом передачи тока более 100. Транзисторы VT3, VT6, VT7 - маломощные кремниевые, VT5 - серии КТ201 с любым буквенным индексом. Подойдут также кремниевые маломощные транзисторы структуры n-p-n, но в этом случае нужно включить в устройство диод VD4, показанный на схеме штриховой линией. Диод защищает эмиттерный переход от пробоя обратным напряжением, появляющимся на нем каждый раз после закрывания транзистора VT5. Полевой транзистор из серии КП305 с любым буквенным индексом. Предохранитель FU1 должен быть рассчитан на ток не менее тока нагрузки.

Налаживание светорегулятора сводится к подбору резистора R11. Прежде всего разрывают цепь, соединяющую вывод 2 элемента DD1.1 и вывод 13 триггера DD3.1. Затем вывод 2 DD1.1 соединяют с его выводом 1. После этого движок резистора R10 устанавливают в нижнее по схеме положение. На место резистора R11 включают переменный резистор сопротивлением 100 кОм, и устанавливают его движок в такое положение, чтобы включенное в цепь сопротивление равнялось нулю. Далее включают светорегулятор в сеть и ждут пока на выходе источника питания не установится номинальное напряжение 10 В. Затем, контролируя с помощью осциллографа форму импульсов тока в нагрузке, увеличивают сопротивление переменного резистора (R11) до тех пор, пока симистор VS1 не перестанет открываться. После этого несколько раз включают и выключают нагрузку, каждый раз проверяя надежно ли транзистор VT4 закрывает симистор VS1. Затем переменный резистор заменяют постоянным и восстанавливают соединение вывода 2 элемента DD1.1 с выводом 13 триггера DD3.1. При желании установкой и подбором резистора R12 можно добиться, чтобы максимальному сопротивлению резистора R10, работающего как реостат, соответствовало нулевое напряжение на нагрузке.

Чтобы при полном включении нагрузки на симисторе падало возможно меньшее напряжение, он должен открываться возможно быстрее после начала полупериода. Для этого формирователь импульсов перехода сетевого напряжения через нуль должен вырабатывать достаточно короткие импульсы. Их минимизации добиваются подбором резисторов R4 и R8. Уменьшать сопротивление резистора R5 нежелательно, ТВК как при этом возрастет потребляемая мощность.

Светорегулятор обладает такой хорошей особенностью: если нагрузка была включена, то после кратковременного пропадания напряжения в сети (на время не более 2 мин) она снова включится. Это происходит потому, что конденсатор С5 в фильтре источника питания разряжается очень медленно, так что ни один логический элемент не переключается.

При налаживании светорегулятора и его практическом использовании следует помнить, что все его элементы, включая ось переменного резистора, находятся под напряжением сети.

Для ограничения тока через светодиод HL1 резистор R14 целесообразно перенести из базовой цепи транзистора VT7 в цепь его эмиттера, уменьшив сопротивление R14 до 0,5...1 кОм.

Автор: А.Руденко, г.Харьков, Украина

Смотрите другие статьи раздела Освещение.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Трехслойный графен улучшает сверхпроводимость при комнатной температуре 12.02.2021 Ученые из Гарварда сообщили об успешной укладке трех листов графена и последующем повороте каждого из них на требуемый угол. Такая улучшенная система позволяет получить еще более высокотемпературный эффект сверхпроводимости по сравнению с двумя слоями, уже при 3К (-270°С). Она также более чувствительна к приложенному извне электрическому полю, что позволяет настраивать уровень проводимости. Но самым важным результатом, позволившим говорить о перспективах получения сверхпроводимости при комнатных температурах, стало получение под действием внешнего поля более устойчивого сильного взаимодействия электронов в графене. В большинстве обычных проводников электроны движутся с высокой скоростью, иногда сталкиваются, и так влияют друг на друга. При наступлении сверхпроводимости они образуют т.н. куперовские пары, что позволяет им избегать потерь энергии при проходе через кристаллическую решетку. В этом случае говорят, что их эффекты взаимодействия слабые. При сильном взаимодействии электроны во всем проводнике под воздействием внешнего поля образуют коллективные квазичастицы. Ближайшая аналогия: комната, полная людей; один человек начинает двигаться, и все устремляются за ним. Воздействуя на такие коррелированные состояния внешним полем систему можно "переключать" из режима изоляции в режим сверхпроводимости. А обеспечение устойчивости таких квазичастиц под действием внешнего поля как раз и открывает возможность для создания квантовых процессоров, а также получения сверхпроводимости при уже действительно комнатных температурах.

Другие интересные новости:

▪ Мирные существа превращаются в хищников

▪ Портативный принтер LG Pocket Printer (PD261)

▪ Электронные плечики Panasonic Nanoe X

▪ Снижение нагрузки на глаза пользователя смартфона

▪ Опьянение от музыки

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Охрана и безопасность. Подборка статей

▪ статья Маргарет Этвуд. Знаменитые афоризмы

▪ статья Есть ли жизнь в Мертвом море? Подробный ответ

▪ статья Измерение величины сопротивления заземляющих устройств. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Гетеродинный индикатор резонанса на 1,8...150 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Волшебная лента. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026