Регулятор мощности для электроплиты своими руками

Форум радиоконструкторов

РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПЛИТКИ

Проблема экономии электроэнергии обрела в последнее время большую актуальность для большинства из нас, бытовых потребителей тока. Но как уменьшить так дорогие расходные киловатты, при использовании электроплиток с дисковыми или спиральными нагревателями, не залезая тайно в щиток.

Выход есть, и весьма простой — это применение вместо биметаллического регулятора мощности электронного симисторного. Попалась мне как-то плата регулятора оборотов от импортного пылесоса. Повертел в руках, как папа Карло полено, внимательно изучил, разобрался, подпаял провода, нагрузил лампой, подключил в сеть, кручу регулятор — работает!

Тут как раз у меня ситуация вышла, старую стационарную совдеповскую электроплиту с четырьмя массивными чугунными блинами за ненадобностью сдал на металл и купил себе двухкомфорочную «спиралку».

Недельная эксплуатация новой плитки показала, что готовить на ней некоторые блюда, такие как гороховое пюре или манную кашу, требующие небольшого нагрева или быстрого перехода от большого нагрева к малому, очень неудобно. Кстати, горох нужно засыпать в кипящую воду, тогда он не будет пениться.

Регулятор на биметаллической пластине, по которой протекает ток, нагревая её, имеет определённое время задержки срабатывания, так называемый гистерезис, который определяется физической структурой пластины и механической конструкцией.

Электронный регулятор лишён всех этих недостатков, поэтому в данном случае очень даже предпочтительней. К тому же он не имеет контактов, которые иногда слипаются, искрят, подгорают, издают клацающие звуки.

Чтобы оставить себе импортную заводскую плату регулятора в качестве эталонного образца, мне пришлось изготовить аналогичную, нарисовав и вытравив печатную плату, а также прикупив все необходимые детали, что обошлось совсем недорого.

Вид платы регулятора со стороны деталей показан на рисунке выше. Принципиальную схему я даже не составлял, поскольку это заняло бы много времени, но главное, что необходимости в самой схеме не было, поскольку и так всё ясно и понятно.

Для изготовления печатной платы мной был использован старый добрый фольгированный гетинакс, но можно даже с бóльшим успехом использовать стеклотекстолит, которого у каждого радиолюбителя после закрытия многих заводов осталось не один квадратный метр.

Рисунок печатной платы со стороны паек приведён ниже. Силовые дорожки сделаны более широкими, для надёжности и лучшей токопроводимости они залужены толстым слоем припоя. Размер платы составляет 5,8 мм на 6,5 мм. После монтажа плату необходимо промыть растворителем 647, а после проверки покрыть спирто-канифольным лаком и хорошо высушить.

Расположение деталей на печатной плате, типы и номиналы всех деталей регулятора показано на следующем рисунке. Резистор R8 типа Fuse мощностью 2 Вт служит для ограничения тока через светодиод, подключаемый к клеммам D+ и D–. Электролитические конденсаторы C1 и C2 на рабочую температуру 105 градусов. Динистор D7 типа DB3 можно использовать от любой перегоревшей энергосберегающей лампы. Если для индикации включения используется неоновая лампочка, вместо диода D6 ставится перемычка.

Плату регулятора располагают в поддоне электроплитки и крепят за металлический фланец симистора, который изолирован от анодного вывода, винтом М3 непосредственно к дюралевому уголку, служащему также теплоотводом.

Переменный резистор с выключателем номиналом 470 кОм подключается к клеммам R по схеме реостата и крепится гайкой к фланцу от демонтированного и разобранного биметаллического регулятора. Выводы двух пар его выключателя запараллелены. Все силовые провода должны иметь термостойкую изоляцию, можно использовать уже имеющиеся.

Схема регулятора наладки не требует, и правильно собранная начинает сразу работать. При использовании указанных деталей, напряжение на нагревательном элементе можно плавно изменять от 30 Вольт до полного сетевого, что позволяет готовить любые блюда без опаски подгорания или сбегания.

Мощность нагревательного элемента должна быть не более полтора киловатта, что определяется типом симистора и условиями его охлаждения. По сравнению с биметаллическим регулятором электронный регулятор позволяет сэкономить потребляемую электроэнергию как минимум в полтора раза.

Будете готовить на своей обновлённой электроплитке, не забудьте вспомнить обо мне добрым словом, а когда сядете за стол — поднимите рюмочку за здравие. Успехов вам, экономии, и приятного аппетита.

________________________________________________
Юрко СТРЕЛКОВ-СЕРГА (UT5NC)

Регулятор мощности до трёх киловатт

Такое очень простое, и в то же время очень полезное устройство, можно применить для управления оборотами электродвигателей с фазным ротором. Например, электродрель старого производства, у которой нет встроенного регулятора оборотов, и ещё большого количества подобных инструментов и механизмов, которым не помешает регулировка оборотов, для расширения возможностей данного устройства.
Так же, такой регулятор отлично и бесступенчато регулирует мощность электрических нагревателей любого типа. Например, конфорки электроплиты, калориферы и тому подобное.

Регулятор может плавно менять освещённость ламп накаливания и диммируемых светодиодных в широких пределах от ноля до 100%.
Для начала монтажа устройства соберём детали.

Нам понадобится:
R1 – 20 Килоом, R3 — 3.3 Килоом, R4 – 300 Ом,
R2 – потенциометр — от 470 Килоом до 1 Мегаом,
C1 и C2 -0.05 МкФ, C3 – 0.1 МкФ,
T1 -динистор или ещё его называют диак DB3,
T2 – симистор или по другому — триак.
Симистор можно взять Советского производства из серии КУ208.
Или BT138-800, BT139-600 или им подобные, эти симисторы в Китае около 10 рублей за штуку, так же как и макетные платы, на которой мы и будем собирать данное устройство.

Макетная плата здорово облегчает и убыстряет монтаж электронных приспособлений. Не нужно заморачиваться с изготовлением и сверлением печатных плат. Просто вставляешь радиодетали в готовые отверстия, припаиваешь, соединяешь по схеме перемычками и готово.

Все конденсаторы и динистор можно выпаять из старых энергосберегающих ламп. Конденсаторы с нужными номиналами и динисторы есть не во всех лампах, так что нужно поискать. Динисторы в разных корпусах внизу второй фотографии (чтобы вы имели представление об их внешнем виде), а на корпусах у них написано DB3 (с лупой можно прочитать).

Потенциометр я взял от старого, ещё Советского телевизора, но подойдёт и любой другой с указанными номиналами.

Радиатор от компьютерного блока, но его нужно подбирать, в зависимости от планируемой нагрузки, которой вы собираетесь управлять. До 300 ватт – радиатор совсем не нужен, а чем выше нагрузка, тем массивнее радиатор. Размеры радиатора зависят и от характера нагрузки, так что подбор дело индивидуальное, но чем больше радиатор, тем лучше режим работы симистора и он будет работать дольше без аварий. Так что не скупитесь и поставьте побольше.

Резисторы везде есть, в любой аппаратуре, так что подобрать не составит большой проблемы. В Китае, тоже можно купить. 600 резисторов разных номиналов «набор», стоит около 150 рублей, вместе с доставкой, так что проще купить, чем заморачиваться с поиском и выпаиванием из блоков.

Клеммы для подключения питания и нагрузки можно взять любые, какие найдёте, но можно и вовсе обойтись без них, вопрос в удобстве использования данного устройства в эксплуатации.

Схема устройства выглядит так.

Цепочка R4 – C3 является защитой от радиопомех и её можете убрать, но соседи за это могут побить, если поймают.

Теперь приступаем к сборке.

Детали размещаем на макетной плате, так быстрее, на мой взгляд, удобнее и выглядит хорошо. Пайку выполнять нужно как можно более качественно и желательно не спеша.

Олово из Китая качественное не встречал, так что воспользуйтесь любым другим.

Перемычки (на схеме обозначенные красным цветом) выполняем медным проводом повышенного сечения, в зависимости от мощности нагрузки. На 3 киловатта — 2,5 квадратных миллиметра будет, с запасом, в самый раз. Я планирую управлять оборотами дрели на 800 ватт, и провод взял 1,5 мм, конечно тоже с запасом, но как говорится запас…. . И лучше будет работать.

Подключаем лампочку в качестве наглядной нагрузки и кусок провода с вилкой для подключения к сети.

Когда устройство подключаете к питанию, действуйте предельно осторожно! Все элементы схемы находятся под полным напряжением сети 220 вольт! Опасно для жизни!

Смотрите видео и убеждайтесь, что всё работает, как и планировалось.

Контроллер управления кухонной электроплитой. Регулятор мощности и таймер отключения

Благодаря идее и участию Юрия Зинченко (ZenitSoft) было разработано и построено устройство, регулирующее мощность кухонной электроплиты методом пропуска периодов. За основу была взята статья «Регулятор мощности для паяльника на PIC16F628A» (см. также блок ссылок в подвале). Разработанный вариант и в настоящее время работает у него, и он вполне доволен его работой.

После изготовления первого варианта устройства были замечены единичные сбои при работе и сравнительно сложная регулировка детектора перехода сетевого напряжения через ноль из-за сдвига фазы при получении импульса перехода.

В новом варианте схема и программа были переделаны так, чтобы было можно получить точное детектирования нуля с наивысшим приоритетом по прерыванию. Также был добавлен режим фазового управления мощностью.

Содержание / Contents

• 1 Технические характеристики контроллера электроплиты
• 2 Краткое описание режимов регулирования
  • 2.1 Пропуск периодов
  • 2.2 Фазовое регулирование
• 3 Схема и описание силовой части регулятора мощности
• 4 Схема управляющей части регулятора мощности
• 5 Программное обеспечение
• 6 Сборка и устройство прибора
• 7 Первое включение и проверка работы
• 8 Управление прибором
• 9 Файлы
• 10 Ссылки на источники

↑ Технические характеристики контроллера электроплиты

• Симисторный регулятор позволяет регулировать мощность в активной нагрузке от нуля до 100% с шагом 1%. Величина регулируемой мощности определяется типом тиристора и свойствами радиатора охлаждения.
• Для быстрого разогрева предусмотрена подача 100% мощности на заданное время, от нуля до 9 мин
• Предусмотрен таймер обратного отсчета времени нагрева, от нуля до 999 мин.
• Возможен выбор способа регулирования пропуском периодов или управлением длительностью полупериода (фазовый метод). Позволяет менять способы регулирования во время работы.
• Запоминание всех установок при плановом или случайном отключении устройства от сети.
• Габариты устройства 125×70 х 62 мм.

↑ Краткое описание режимов регулирования

↑ Пропуск периодов

Пропуск периодов позволяет решить проблему электромагнитной совместимости, так как включение симистора происходит в момент перехода сетевого напряжения через нуль.

Известно, что отдаваемую мощность прибора работающего на переменном напряжении можно регулировать, пропуская в неё не все периоды напряжения сети. Если взять сеть частотой 50Гц, то в 2с проходит 100 периодов, значит если в 2 с пропустить, допустим, 10 периодов, то получим 10% мощности, и точность регулирования составит 1%. При этом очень желательно чтобы периоды шли не пачками, а были бы распределены равномерно.
Это достигается использованием алгоритма Брезенхема, который распределяет заданный процент мощности равномерно во времени. Причем это достигается применением в программе только целочисленной арифметики, без деления и умножения, что существенно упрощает и ускоряет вычисления. Вычисления и управление по алгоритму Брезенхема запускаются сразу после поступления внешнего прерывания.
Режим пропуска периодов применим для управления резистивными нагрузками, но не применим для осветительных приборов, так как вызывает мигание ламп накаливания.

↑ Фазовое регулирование

Альтернативным методом управления мощностью является метод фазового управления
Для изменения мощности, подведенной к нагрузке через симистор, может использоваться фазовое управление. Сущность метода заключается в отпирании симистора на каждом полупериоде переменного тока с постоянной задержкой относительно точки перехода через ноль. Таким образом, от каждого полупериода отрезается «ломтик». Это и будет так называемая широтно-импульсная модуляция, позволяющей управлять током в (или, что реже, напряжением на) нагрузке с максимальным КПД.

Преимуществом этого метода является то, что частота пульсаций на нагрузке остается равной сетевой. Это важно для управления осветительными приборами, так как снижение частоты может сказаться на появлении мерцания, заметного глазом. Но при регулировании данным методом появляется особенность неравномерности характеристики регулирования.

По оси x указано значение устанавливаемой мощности в процентах, а по оси y значение угла открывания симистора в значениях Π/100. Синий график – вычисленный по формулам, а коричневый создан с помощью аппроксимации. Как видно из рисунка расхождения между реальными и вычисленными значениями весьма незначительны.
Неприятной особенностью фазового метода являются помехи, которые могут появиться в связи с резким переключением симистора, поэтому желательно применение фильтров на входе.

Для обоих методов управления мощностью необходимо знать, когда сетевое напряжение переходит через нуль и поэтому основной цикл программы — отслеживание перехода сетевого напряжения через ноль и подача его на вход внешнего прерывания микроконтроллера, как на вход с наивысшим приоритетом.

↑ Схема и описание силовой части регулятора мощности

Силовой блок выдает напряжение +5V, формирует импульсы перехода сети через ноль и содержит схему управления нагрузкой с помощью симистора.
Детектор перехода сетевого напряжения через ноль взят из журнала «Радиолоцман». Он выдает импульсы перехода с интервалом 10 мсек.
Конденсатор С6 заряжается до 25 Вольт — уровня ограничения стабилитрона D12. Входной ток ограничивается резистором R2. Когда выпрямленное входное напряжение опускается ниже напряжения на конденсаторе С6, открывается транзистор Q3 и генерирует импульс длительностью в несколько сотен микросекунд. Оптрон U2 обостряет фронты и делает выходной импульс более прямоугольным.

Схема источника +5 Вольт подробно описана в журнале «Радио» № 11 за 2007 год, стр. 30, в статье «Доработка ЗУ сотового телефона». Добавлен стабилизатор на 78L05 для уменьшения помех и для дополнительной стабилизации.
Работа схемы: Напряжение сети через резистор R1, который выполняет функции предохранителя, поступает на мостовой выпрямитель на диодах D1 —D4 и сглаживается конденсатором С1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется косвенным методом. Для этого напряжение со второй обмотки трансформатора выпрямляется диодом D5, сглаживается конденсатором С2 и через стабилитрон D6 поступает на базу транзистора. Для защиты источника в момент подключения к сети, а также при резких колебаниях напряжения в сети, установлена защита по току Q2 на элементах Q1, R7 на уровне 60…70 мА.

Подключение симистора выполнено по схеме из даташита на оптосимистор MOC3052.
Когда силовой блок проектировался, предполагалось, его применение только в режиме с пропуском периодов, поэтому в схеме отсутствуют фильтры для защиты от помех. Для работы в режиме фазового регулирования их желательно добавить, хотя бы простейший LC фильтр перед симистором.

↑ Схема управляющей части регулятора мощности

Схема блока управления получилась довольно простой. Три кнопки управления, 3-х разрядный индикатор и два светодиода позволяют управлять и следить за всеми функциями устройства.
Платы блоков соединяются 4-х проводным шлейфом.

↑ Программное обеспечение

Программа написана на языке Си для компилятора «mikroC for PIC». Комментарии, расположенные в программе способствуют пониманию ее работы.
• Для управления режимами работы применено управление с помощью одной кнопки с подсчетом числа нажатий. Алгоритм и часть кода взяты из статьи «Интерфейс — одна кнопка» .
Кнопку можно нажимать кратко (несколько раз), длинно или делать разные комбинации нажатий. Сколько за две секунды успеем «натыкать» — всё наше. Далее запустится процедура анализа собранных данных и всё расставит по порядку.
Бороться с дребезгом тут уже не обязательно, так как временные задержки организуются автоматически. См. подробности в статье.

• В программе задействованы прерывания по внешнему входу INT, по таймеру 1 и таймеру 2.
На вход INT поступают импульсы с детектора перехода через ноль с периодом 10 мсек. Импульсы с таким периодом используются для получения фазовой регулировки, а для управления пропуском периодов необходим период 20 мсек, который получаем программно, пропуская один из импульсов. Алгоритм Брезенхема удачно вписался в программу внешних прерываний.
С таймера TMR1 получаем импульсы 5 мсек, которые используются для динамической индикации, работы кнопки «Выбор» и отсчета системного времени.
Таймер TMR0 настроен на время около 100 мксек и применяется только в режиме фазового управления.

• Память EEPROM использована для сохранения всех режимов при отключении или внезапном пропадания питания. Запись в память происходит после пропадания импульсов внешнего прерывания. Восстановление данных из памяти происходит при включении регулятора в сеть. При таком использовании EEPROM резко уменьшается количество операций записи и время, которое она занимает.

↑ Сборка и устройство прибора

Трансформатор и некоторые детали для источника питания +5 Вольт применены от старого телефонного зарядника. Оптосимистор U1 можно заменить аналогом, но следует учесть, что он должен быть без детектора нуля. Платы соединены между собой 4-х проводным шлейфом. Печатная плата для блока управления не создавалась, а была взята от предыдущей версии. С нее были удалены лишние детали и сделаны необходимые доработки. Обе платы и розетка для включения нагрузки заключены в корпус из металла и пластика.

↑ Первое включение и проверка работы

Учитывая, что силовая часть устройства гальванически связана с сетью, желательно проявить максимум осторожности или использовать разделительный трансформатор при первом включении и проверке сигналов.
1. Включить силовую часть устройства.
2. Проверить напряжение источника +5 Вольт на выходе микросхемы 78L05.
3. Проверить наличие импульсов перехода через ноль – должны быть импульсы с периодом 10 мсек.
4. Соединить плату шлейфом, подключить в качестве нагрузки лампу накаливания 15 – 100вт и включить в сеть. При включении лампа загорится полным накалом и также загорится красный светодиод. После некоторого времени красный светодиод гаснет, и лампа начинает мигать в зависимости от установленной мощности. Если перейти в фазовый режим, то лампа будет гореть без миганий, а яркость будет изменяться в зависимости от установленной мощности. Желтый светодиод ШИМ практически полностью повторяет режим свечения лампы.
5. Проверить регулятор во всех режимах работы, согласно инструкции по управлению устройством.

↑ Управление прибором

• Режим управления мощностью – одно короткое нажатие кнопки «Выбор». На индикаторе отображается величина мощности в процентах.
• Режим таймера отключения — два коротких нажатия кнопки «Выбор». На индикаторе отображается время, оставшееся до отключения нагрева в минутах. В этом режиме идет обратный отсчет времени в минутах. Можно установить время отключения таймера в минутах от 0 до 999. точка в последнем разряде мигает, если идет отсчет.
• Режим установки времени быстрого разогрева — три коротких нажатия кнопки «Выбор». На индикаторе отображается время, подачи 100% мощности нагрева в минутах и секундах. При этом точка в первом разряде не мигает.
• Режим изменения варианта регулировки с пропуском периода или фазовый – одно длинное нажатие кнопки. На индикаторе отображается режим PUL — с пропуском периода или F – фазовый.

В любом из режимов можно изменить значения кнопками «+» и «-». Нажатие кнопки кратковременно — добавление или уменьшение, удержание быстрый перебор. При этом кнопкой «Выбор» можно перейти в любой режим и просмотреть параметры любого режима, если не нажимать кнопки «+» и «-».

Если возникнет необходимость вернуться к начальным установкам, это можно сделать, удерживая кнопку «Выбор» около секунды при включении устройства в сеть.

↑ Файлы

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

↑ Ссылки на источники

Спасибо за внимание!
Иван Внуковский,
г. Днепропетровск

Регулятор мощности для электроплиты

Все, кто хоть раз готовил на электроплитах простой конструкции, знает одно их очень неприятное свойство — на «троечке» суп выскакивает из кастрюли, на «двоечке» не кипит. В этой ситуации выручит предлагаемая схема, позволяющая плавно регулировать мощность на нагрузке от 0 до практически 100%. Схема регулятора достаточно проста в сборке даже для начинающего радиолюбителя и, главное, не содержит дорогих и дефицитных деталей. Несмотря на простоту, устройство имеет достаточно высокий КПД (до 98%) и позволяет управлять нагрузкой до 2 кВт, что вполне достаточно для большинства нагревательных элементов электроплит.

В качестве управляющих элементов использованы два тиристора VS1, VS2, а поскольку им придется работать с переменным током, один будет управлять положительной полуволной, другой – отрицательной. Именно поэтому тиристоры включены встречно-праллельно. Изменение мощности на нагрузке производится изменением угла открывания тиристоров. За это отвечает узел, собранный на однопереходном транзисторе VT1.

При вращении движка переменного резистора R3 изменяется время зарядки конденсатора С1. Чем быстрее зарядится конденсатор, тем скорее откроется транзистор после начала сетевого периода. Импульсный трансформатор сформирует на своих обмотках II и III импульсы, которые откроют один из тиристоров в зависимости от текущей фазы сетевого напряжения. С этого момента тиристор останется открытым до окончания периода и через нагрузку потечет ток.

Таким образом, изменяя сопротивление резистора R3, мы можем изменять скорость реакции схемы на начало сетевого периода, а значит и среднюю мощность на нагрузке. Питается узел регулировки от собственного низковольтного источника питания, состоящего из выпрямительного моста VD1 и простейшего параметрического стабилизатора, собранного на стабилитронах VD2, VD3. Резистор R1 – токоограничивающий. Сглаживающего конденсатора, как вы заметили, нет – он не нужен.

Несколько слов о деталях. На месте VT1 может работать транзистор КТ117 с буквами А или Б. При необходимости такой транзистор можно собрать самому по схеме, приведенной ниже:

Аналог однопереходного транзистора

Диодный мост VD1 можно взять типа КЦ402, КЦ405 или вообще собрать мост из четырех диодов типа Д310, Д311, Д226 или Д7. Токоограничивающий резистор R1 должен иметь рассеиваемую мощность не менее 2 Вт. Чтобы установленная мощность не «уплывала» в процессе нагрева элементов схемы, конденсатор С1 лучше использовать с минимальным температурным коэффициентом емкости (ТКЕ). Это могут быть типы К73-17, К73-24 и др.

В качестве импульсного трансформатора можно использовать МИТ-4 или МИТ-10, но, конечно, можно изготовить его и самому. Для этого понадобится ферритовое кольцо типоразмера К20х10х6 (можно и несколько иных размеров) из феррита марки М2000НМ. На него наматываются три обмотки, каждая из которых содержит 40 витков провода ПЭВ-1 0.31. Удобнее мотать сразу три обмотки, сложив провод втрое и сделав намотку равномерно по кольцу. При монтаже их придется сфазировать – подключить начала и концы обмотки согласно схеме, на которой начало каждой из обмоток обозначено точкой. Тиристоры нужно установить каждый на свой радиатор с поверхностью охлаждения не менее 200 см 2 каждый.

Налаживание конструкции сводится к установке максимальной мощности подбором номинала резистора R2. Это удобно делать, подключив в качестве нагрузки лампу накаливания 100-200 Вт. При полностью выведенном в нижнее положение движке резистора R3 (минимальное сопротивление) подбирают R2 таким образом, чтобы лампа светилась в полный накал, но при малейшем увеличении R3 накал начинал уменьшаться.

В заключение замечу, что этот регулятор можно использовать и для регулировки яркости лампы, мощности печи и даже в качестве регулятора температуры жала паяльника. В любом случае нагрузка должна быть активной и не должна превышать 2 кВт.

А.Н. Евсеев «Электронные устройства для дома», 1997 г.

Внимание! Конструкция имеет бестрансформаторное питание, поэтому во время работы на всех ее элементах присутствует опасное для жизни напряжение. Перед любой перепайкой или изменением схемы обязательно отключайте конструкцию от сети!
.

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.

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.

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

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.

Рисунок 2. Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

Обозначения:

• 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.

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

Регулятор мощности с обратной связью

Обозначения:

• 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.

Таблица для подбора номиналов сопротивлений 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.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

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

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Самодельный регулятор мощности

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

Простой регулятор мощности 3,5 кВт

Часто возникает необходимость регулировать мощность электрического тока. Например, что бы убавить напряжение электролампы и тем самым продлить ей срок службы или плавно менять частоту вращения электродвигателя, так же не лишним будет регулировка температуры жала паяльника и т.д. и т.п. Продолжать можно долго. Выход, конечно, есть, это может быть балластный резистор, ЛАТР, балластный конденсатор, но гораздо более эффективен, на мой взгляд, симисторный регулятор. В энергопотребителях не слишком критичных к форме питающего напряжения это наилучший выбор.

Сразу скажу, что я не большой специалист в данном вопросе, поэтому воспользовавшись интернетом, я был неприятно поражён сложными схемами управления симисторов. Предлагаемые схемы содержат слишком много деталей и, по-моему, устарели. Скажем, зачем городить схемы на транзисторах или микросхемах, когда существуют дешёвые и надёжные динисторы. Допустим симметричный (двунаправленный), динистор DB3 стоит в моём уральском городке всего три рубля. При сегодняшних ценах это даже смешно. А преимуществ, по сравнению с транзисторными схемами, где транзисторы работают в режиме обратимого пробоя (лавинообразно отпирающаяся транзисторная схема), много. Я уже не говорю о микросхемах. Для простого регулятора собирать подобные схемы невыгодно ни в плане экономии средств, ни в плане экономии времени, да и заморачиваться лишний раз не охота. Предлагаемая схема проста, надёжна и доступна для повторения. Собрать её сможет даже человек, не обладающий элементарными базовыми знаниями в электронике.

Современная элементная база позволяет собрать такую схему буквально из нескольких деталей (ушло несколько вечеров, причем львиную часть времени потратил на корпус и слесарку)! Привожу переднюю панель и фото самого регулятора. В продаже такой стоит более 100 баксов. А промышленный прибор легко переваливает за 400 баксов!

Он может пригодиться для регулировки освещения ламп накаливания, регулировки температуры ТЭНов, фенов, тепловых пушек, но не годится для работы на индуктивную ( трансформатор, асинхронный двигатель) или емкостную нагрузку. Симистор моментально выходит из строя.

На всякий случай поясню назначение деталей. Т1 – это симистор, в моём случае я использовал КУ 208, хотя возможно подключить и импортные симисторы (триаки) ВТА, ВТВ, ВТ. Элемент схемы Т – это и есть вышеупомянутый симметричный динистор (диак) импортного производства DB 3 (можно DB 4). По размеру он очень мал, что делает монтаж его очень удобным, я например, в некоторых случаях припаивал его непосредственно к управляющему выводу симистора. Выглядит он так:

Резистор 510.Оm – ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 mkF, то есть если движок переменного резистора поставить в положение 0.Оm, то сопротивление цепи всё равно будет 510.Оm

Справа на схеме резистор на 20 kOm и конденсатор 0.22mkF именуемая RC цепью. RC цепочка, это своеобразная защита симистора от выбросов напряжения при работе на индуктивную нагрузку. То есть если Ваша схема будет регулировать активную нагрузку (лампочка, паяльник, ТЭН и т.д.), то R3 и C можно исключить из схемы, а это делает схему до смешного простой.

Итак, конденсатор 0,1mkF заряжается через резисторы 510.Om и переменный резистор 420kOm, после того, как напряжение на конденсаторе достигнет напряжения открывания динистора DB 3, динистор формирует импульс, открывающий симистор, после чего, при проходе синусоиды, симистор закрывается. Частота открывания-закрывания симистора зависит от напряжения на конденсаторе 0.1 mkF, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления переменного резистора. Таким образом, прерывая ток (с большой частотой) схема регулирует мощность в нагрузке. Допустим, если подключить электролампу через диод, мы заставим работать её «в полнакала» и продлим её жизнь, однако не получиться регулировать яркость, да и неприятного мерцания не избежать. Этого недостатка нет в симисторных схемах, так как частота переключения сисмистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать своеобразное «пение», это частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.

Скажу для тех, кто не знает: электродрели прочий электроинструмент с регулировкой вращения так же использует симисторные схемы. Правда, двигатели в вышеперечисленном коллекторные. Но данная схема была испытана и с асинхронным двигателем 220 V(вытяжка в мастерской) и результат был отличный.

Поделки своими руками для автолюбителей

Простой регулятор мощности на 220 Вольт из 5 деталей.

Это схема прекрасно работает с такими приборами, как болгарки, дрели, простые лампочки, пылесосы, нагревательные плиты, тены, коллекторные двигатели, первичные обмотки трансформаторов и так далее…

Я лично для себя собирал данное устройство, чтобы регулировать питание первичной обмотки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, тем самым получая нужные мне параметры на выходе.

Итак, для этого нам потребуется симистор, у меня он был уже прикрученный к радиатору.
Симистор у меня был BТА41-600, можно взять и другой, под свои нужды.

• Резистор 560 ом
• Динистор, вытащил с энергосберегающей лампы.
• Конденсатор 0.1 мкф 400 вольт
• Переменный резистор на 470 кОм, можно взять поменьше.

Вот схема данного устройства, она довольно маленькая 🙂

Схема паяется навесным монтажом, так как делать под неё плату не вижу смысла. Вот приблизительно так…

Кстати полярность динистора не имеет значения, как поставите, так и будет, и конденсатор тоже.

Ну вот в принципе и всё, если правильно спаяли схему, то она начинает работать сразу, без каких-либо настроек.

Теперь осталось протестировать, схема подключается последовательно к нагрузке.