Электрик - электричество и энергетика

Эта статья опубликована на сайте Электрик - электричество и энергетика
  http://electrik.org/

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article43.php

СИМИСТОРНЫЕ РЕГУЛЯТОРЫ МОЩНОСТИ. С. БИРЮКОВ

Статьи / Разное, не вошедшее в другие темы.
Послано electrik 09 Ноя, 2003 г. - 17:30

Использование симисторов в регуляторах мощности и различных автоматических коммутаторах затруднено из-за необходимости обеспечения сравнительно большого тока управляющего электрода — 150 мА для симисторов серии КУ208. Управление симистором постоянным током требует большой мощности, а при импульсном управлении необходим формирователь, обеспечивающий короткие импульсы в момент прохождения сетевого напряжения через "нуль" и имеющий общий вывод с одним из сетевых проводов.
Автор публикуемой здесь статьи рассматривает новые варианты управления симистором в простых регуляторах мощности и электронных выключателях.


Основой электронного устройства, схема которого приведена на рис. 1, послужил регулятор» описанный И. Нечаевым в его статье "Регулятор мощности, не создающий помех" (см. "Радио". 1991, №2, с. 67,68). Отличие предлагаемого варианта регулятора заключается в основном в использовании в нем симистора вместо тричистора, что позволило исключить выпрямительный мост, составленный из мощных диодов. В результате число элементов, устанавливаемых на теплоотвод при выходной мощности 1 кВт, сократилось с пяти до одного.



Регулирование мощности в нагрузке, как и в описанном ранее устройстве, осуществляется изменением числа полупериодов сетевого напряжения, подаваемого на нее в течение некоторого интервала времени, поэтому предлагаемый регулятор можно использовать для работы лишь с такими нагрузками, как. например, электроплитка, камин, паяльник и другими подобными элестронагреватель-ными приборами. включение симистора происходит вблизи момента перехода сетевого напряжения через "нуль", что снижает уровень помех по сравнению с регуляторами, в которых использован фаэоимпуль-сный метод регулирования.



Диоды VD1—VD2. стабилитрон VD3, конденсаторы С1-СЗ и резистор R1 образуют источник питания устройства напряжением около 10 В (при максимальном выходном токе 18...20 мА). Он выгодно отличается от источника, использованного И. Нечаевым, меньшей потребляемой от сети и соответственно меньшей рассеиваемой мощностью при вдвое большем выходном токе.



Оригинальным является формирователь импульсов частотой 100 Гц. выполненный на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R2—R4. При положительном полупериоде сетевого напряжения на верхнем (по схеме) сетевом проводе транзистор VT1, включенный по схеме с общим эмиттером, открыт и насыщен — напряжение на его коллекторе близко к эмиттерному (транзистор VT2 закрыт). При отрицательном полупериоде закрыт транзистор VT1, но открыт и насыщен транзистор VT2, включенный по схеме с общей базой, и напряжение на его коллекторе имеет тот же знак и амплитуду.



Лишь в моменты, когда сетевое напряжение по абсолютному значению меньше 40...50 В, оба транзистора закрыты и напряжение на их коллекторах близко к напряжению на выводе 7 микросхемы DD1. При этом разрешена работа генератора импульсов на элементах DD1.3, DD1.4. Импульсы частотой около 5 кГц с ЕГО выхода дифференцируются цепью C6R8. усиливаются транзистором VT3 и включают сммистор VS1. Однако работой этого генератора управляет я генератор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2. Частота формируемых им импульсов — около 2 Гц, а скважность можно регулировать переменным резистором R5 от 1,01 до 100, При напряжении низкого уровня на выходе элемента DD1.2 разрешена работа генератора на элементах DD1.3 и DD1.4, а при высоком запрещена. В результате при перемещении движка резистора R5 из одного крайнего положения в другое изменяется соотношение числа полу периодов напряжения сети, подаваемых и не подаваемых на нагрузку, подключенную к разъему X1. А так как одному периоду работы управляющего генератора соответствует около 50 полупериодов сетевого напряжения, дискретность регулирования равна примерно 2 %. Все элементы этого варианта регулятора, кроме симистора VS1, смонтиро-ваны на печатной плате (рис. 2). Плата рассчитана на установку резисторов МЛТ, конденсаторов К73-16 (С1), К50-6 (СЗ), КМ-6 (остальные), переменный резистор (R5) СПЗ-4аМ или СПЗ-46М, Диоды VD1, VD2, VD4 и VD5 — маломощные кремниевые, стабилитрон VD3 — на напряжение стабилизации 10.. ,12 В. Микросхема К561ЛЕ5 заменима на К176ЛЕ5 или КР1561ЛЕ5. Транзисторы VT1 иVТ2 могут быть любыми кремниевыми маломощными структуры p-n-р, транзистор VT3 — средней или большой мощности структуры n-p-п с допустимым коллекторным током 150 мА, Конденсатор К73-16 (C1) можно заменить на любой металлопленочный емкостью 0,33..0.68 мкФ на номинальное напряжение не менее 250 В или на бумажный или металлобумажный такой же емкости на номинальное напряжение не менее 400 В, Корпус резистора R5 должен быть соединен с плюсовым проводником цепи питания микросхемы, что необходимо для его экранирования, Симистор КУ208Г (или КУ208В) установлен на штыревом теп-лсотводе размерами 60x60x20 мм.



Предварительно симистор целесообразно проверить на значение тока спрямления, включив его по схеме, приведенной на рис. 3, Напряжение питания анодной цепи симистора должно соответствовать номинальному для лампы накаливания EL1, рассчитанной на рабочий ток не менее 150 мА. Плавно увеличивая ток управляющего электрода симистора (резистором R1)r измеряют его значение непосредственно перед включением лампы. Паспортное значение тока спрямления при комнатной температуре равно 150 мА. Для регулятора следует подобрать симистор с током спрямления не более 70 мА (из проверенных автором 15 симисторов лишь один не соответствовал этому требованию).



Налаживают регулятор следующим образом. Стабилитрон VD3 временно отключают, а внешний источник постоянного тока напряжением 9„,10 В подключают к конденсатору С2. Установив движок резистора R5 в среднее положение, с помощью осциллографа или головных телефонов (что очень удобно) контролируют на резисторе R9 наличие пачек импульсов частотой около 5 кГц и периодом повторения пачек близким к 0.5 с. При перемещении движка переменного резистора длительность пачек должна изменяться практически от нуля до непрерывной последовательности импульсов. Затем восстанавливают включение ста* билитронз (при этом установка симис-тора на теплоотвод не обязательна), к разъему Х1 подключают настольную лампу и иа регулятор подают напряжение сети. При перемещении движка резистора R5 лампа должна вспыхивать с частотой около 2 Гц, а длительность ее вспышек— изменяться от нуля до непрерывного свечения.
Устройство можно упростить, если в нем использовать микросхему К561ТЛ1 — четыре триггера Шмитта, каждый из которых выполняет функцию элемента 2И-ИЕ, Схема соответствующей части такого варианта устройства показана на рис, 4,3, а фрагмент рисунка монтажной платы, в остальном аналогичной предыдущей, — на рис, 4,6, Источник питания и формирователь импульсов на транзисторах VT1, VT2 остаются без изменений.
Последовательность прямоугольных импульсов низкого уровня, соответствующих моментам нулевого напряжения сети, поступает на нижний по схеме вход элемента DD1.4через дифференцирую-щую цепьС5R6. Входные диоды элемента подавляют отрицательные продифференцированные импульсы, а положительные проходят на базу транзистора VT3 — усилителя тока — и далее на управляющий электрод симистора VS1. Длительность управляющих импульсов — около 12 мкс. Они открывают симистор VS1 в начале полупериода.
Прохождение импульсов через элемент DD1.4 разрешает выходной сигнал генератора с регулируемой скважностью, собранный на элементе DD1.1. Подобный формирователь управляющих импульсов можно использовать в различных автоматических устройствах, например, в термостабилизаторе (рис. 5,a) или автомате включения лестничного освещения (рис. 5.6). В термостабилиэаторе использование триггера Шмитта может привести к слишком большой температурной разнице включения и выключения нагревателя, поэтому здесь уместнее микросхема К561ЛА7 или К176ЛА7. В автомате включения освещения гистерезис необходим, поэтому в нем следует использовать микросхему К561ТЛ1.
На рис. в приведены схема варианта регулятора с фазоимпульсным управлением симистором и чертеж соответствующего ему участка монтажной платы. Такой регулятор хоть и создает помехи радиоприему, зато позволяет регулировать напряжение питания таких нагрузок, как, например, лампа накаливания, электродвигатель переменного тока. При прохождении сетевого напряжения через "нуль" импульс отрицательной полярности с выхода формирователя на транзисторах VT1 л VT2 (на схеме рис. 6,а не показаны) инвертируется элементом DD1.1 и через эмиттерный повторитель на транзисторе VT3 заряжает конденсатор С4 практически до напряжения источника питания. Разряжается конденсатор через резисторы R5—R7, При снижении напряжения на нем до порогового элементы DD1.2иDD1.3 переключаются, спад импульса с выхода элемента DD1,3 дифференцируется цепью C5R3 и в виде импульса длительностью около 12 мкс через инвертор DD1.4 и транзистор VT4 включает симистор VS1. Переменным резистором R6 можно регулировать длительность разрядки конденсатора С4, изменять момент включения симистора и эффективное напряжение на нагрузке. Резистор R5 исключает перегрузку транзистора VT3. Подбором резистора R7 можно добиться, чтобы максимальному сопротивлению резистора R6, работающего как реостат, соответствовало нулевое напряжение на нагрузке.
Конденсатор С4 должен быть бумажным или пленочным. Транзистор VT3 должен допускать обратное напряжение на эмиттерком переходе не менее напряжения стабилизации стабилитрона VD3. Пригодны транзисторы серии КТ201 (с буквенными индексами А, Б. AM, БМ, а при использовании в источнике питания стабилитрона VD3 на напряжение стабилизации 10 В — с индексами В—Д, ВМ— ДМ, Можно также использовать любой кремниевый маломощный транзистор структуры n-p-п, включив последовательно с его эмиттерным переходом кремниевый маломощный диод. Вместо переменного резистора R6 можно установить, например, биполярный или полевой транзистор, фотодиод или фоторезистор оптопары. В таком случае регулятор может быть использо-аан в автоматических устройствах типа выключателя с плавным включением лампы накаливания или мощного коллекторного электродвигателя.
Во всех списанных здесь вариантах устройств отсутствуют резисторы, ограничивающие выходной ток элемента, управляющего выходным транзистором, и ток управляющего электрода симистора, Из-за малой длительности импульсов этого тока такое включение совершенно безопасно для радиоэлементов. При налаживании любого варианта регулятора и его практическом использование следует помнить, что все егоэлементы, включая вал переменного резистора, находятся под напряжением сети. Поэтому регулятор должен быть помещен в корпус из изоляционного материала, а переменный резистор — снабжен ручкой из изоляционного материала с закрытым стопорным винтом.

С вопросами можете обращаться по почте info@electrik.org [1] или посетив мой сайт: electrik.org [2].
Всего хорошего.

2003 г. Кузнецов Олег



Ссылки в этой статье
  [1] info@electrik.org
  [2] http://electrik.org

   Rambler's Top100      
Электрик © 2002-2008 Oleg Kuznetsov