Меню

Мощный регулятор для тэна

Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех

В интернете есть множество примитивных схем симисторных регуляторов мощности. Собранные по этим схемам регуляторы заполонили рынок, включая всем известный Aliexpress. Схемы очень простые и имеют минимум компонентов, не требуют настройки, поэтому заслужили огромную популярность среди потребителей. Но, они все имеют один недостаток, а именно большие помехи, которые излучает регулятор мощности при изменении угла фазы открытия симистора. Помимо помех нагруженное устройство, особенно электродвигатели, нагреваются и создают значительное гудение.

Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех

Представленный в этой статье регулятор мощности для ТЭН не создает помех и может регулировать мощность до 3кВт. Незначительное изменение номиналов (читать ниже) даст возможность регулировать обороты синхронного или асинхронного двигателей без значительного их нагрева, как например, при использовании примитивного симисторного регулятора.

Схема регулятора мощности для ТЭН не создающего помех

Схема регулятора мощности для ТЭН не создающего помехи

Принцип регулирования основан на интервальном открытии и закрытии симистора в момент прохождения синусоиды через ноль. Грубо говоря, одну секунду симистор открывается, а потом секунду он закрыт. Эти интервалы вырабатывает генератор, и они настраиваются переменным резистором.

Теперь подробнее. Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет напряжение переменного тока

220В. Далее с помощью балластного конденсатора C1 и стабилитрона VD5 напряжение понижается и стабилизируется на уровне +12В. Пульсации сглаживаются емкостью C2. Напряжение +12В будет питать схему управления симистором VS1.

Регулятор мощности для ТЭН без помех

Схема управления симистором состоит из двух основных узлов. Первый — это генератор импульсов, построенный на таймере DA1, а второй узел — это гальваническая развязка на оптопаре U1.

Генератор имеет практически постоянную частоту (около 1Гц) с изменяемой шириной импульса.

При спаде импульса на выходе таймера DA1 (вывод 3), его 7 вывод внутренне (через встроенный транзистор) соединяется с общим проводом (GND) и через светодиод U1, резистор R4 и светодиод HL1 протекает ток около 10мА. Внутренний светодиод U1 засвечивается и оптосимистор U1 открывается, подавая управляющий ток в вывод G симистора VS1. Открытие оптосимистора происходит только при прохождении синуса через ноль, так как MOC3063 имеет такую схему контроля. Это и исключает помехи данного регулятора. Открывшийся симистор VS1 пропускает через себя ток нагрузки ТЭН.

Далее по фронту импульса на 3 выводе таймера DA1 вывод 7 отключается от общего провода и оптопара U1 закрывается, вслед за ней закрывается симистор, отключая ТЭН. И далее все по циклу повторяется, пока таймер генерирует импульсы.

Ширина импульса зависит от скорости заряда и разряда конденсатора C3. Чем дольше происходит заряд и быстрее происходит разряд, тем уже импульс и наоборот. Регулируется это переменным резистором R2. Заряд емкости C3 выполняется с выхода таймера (вывод 3) через цепь R3VD6R2, а разряд происходит через R2 и VD7.

На графике выходное напряжение регулятора мощности будет выглядеть пачками целых, необрезанных периодов (полупериодов).

Принцип работы регулятора мощности на таймере NE555

Параллельно силовым терминалам симистора VS1 подключена помехоподавляющая цепь R7С5, ее можно и не устанавливать.

Читайте также:  Регулятор давления тормозов мазда 626

По интервалам засвечивания HL1 можно судить об уровне ограничения мощности ТЭН.

Симисторный регулятор без помех

Компоненты

Резисторы R1 и R7 мощностью 1Вт. Остальные 0.25Вт.

Емкости C1 и С5 пленочные на 400В. Конденсатор C4 керамический на 63В.

Для увеличения частоты генератора (для работы с электродвигателями) можно уменьшить емкость конденсатора C1, например до 1мкФ.

MOC3063 меняется на MOC3043 или MOC3083. Можно пробовать установить MOC3061 или MOC3062 но для их открытия нужен больший ток, а значит нужно уменьшать номинал R4, что может повлечь за собой необходимость увеличения емкости балластного конденсатора C1.

Стабилитрон с малым минимальным током открытия BZX55C10, BZX55C11 или BZX55C12. Подойдет и отечественный стабилитрон Д814В(Г,Д). Не подойдут стабилитроны 1n474*, либо опять же придется увеличивать емкость балластного конденсатора C1.

Регулятор мощности на симисторе без помех

Симистор VS1 выбирается исходя из тока нагрузки, и берется минимальный запас по току не менее 30%. Для регулятора мощности ТЭН 3кВт я применил симистор BTA20-600B (рассчитанный на 20А). Рекомендую применять серию BTA с изолированным корпусом. Корпус симистора этой серии имеет металлический фланец, но он не соединен с его выводами. Подойдут, например BTA12-600B или BTA16-600B. Работать будет и серия BT, например, по этой схеме на симисторе BT137-600D я собирал регулятор температуры паяльника.

Для более надежной работы рекомендуется использовать светодиод красного цвета в качестве компонента HL1. У красного цвета наименьшее падение напряжения, это важно для этой схемы.

Охлаждение

Площадь теплоотвода будет зависеть от мощности ТЭН. Для 1кВт минимальная площадь приблизительно составит 150см 2 , для 2кВт – 300см 2 , для 3кВт – 450см 2 .

Не забываем про термопасту между симистором и радиатором. Также не забываем установить изоляционную прокладку и втулку, если корпус симистора неизолированный.

При использовании регулятора с ТЭН мощнее 1.5кВт я рекомендую пропаять медную жилу вдоль силовых дорожек печатной платы и демонтировать с нее винтовые клеммы, заменив их пайкой. Это исключит слабые места регулятора.

Печатная плата регулятора мощности не создающего помехи

При эксплуатации на большой мощности (более 1.5кВт) установите автоматический выключатель, так как стеклянные предохранители очень сильно раскаляются, особенно в местах соприкосновения с держателем.

Испытание

При испытаниях регулятора мощности действительно симистор открывался при прохождении синуса через ноль, что очень порадовало отсутствием мерцания рядом включенного светильника, как при использовании примитивных схем. Для убеждения я через понижающий трансформатор взглянул осциллографом на форму выходного напряжения, синусоида была с целыми периодами без отсечения.

Первое включение было с подключенной на выход лампой накаливания, при этом радиатор можно не ставить, если лампа слабее 80Вт.

Регулируем мощность без помех

Регулятор на симисторе

Далее регулятор был нагружен ТЭН мощностью 1.3кВт, полет нормальный.

Регулятор ТЭН

Диммер для ТЭН

Печатная плата регулятора ТЭН не создающего помех СКАЧАТЬ

Источник



Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

Читайте также:  Регулятор температуры электронагревателя вентиляции

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

  • Резисторы: R1- 470 кОм , R2 – 10 кОм,
  • Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
  • Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
  • Динистор DN1 – DB3.
  • Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

  1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
  2. Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.
Читайте также:  Регулятор соотношения газ воздух gik

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

  • Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 — 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 — 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
  • Конденсаторы: 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..
  • Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
  • Симистор Т1 – BTA24-800.
  • Микросхема – U2010B.

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

  • А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
  • В — При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
  • С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

  1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
  2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Источник