Симисторный регулятор мощности 2 квт. Электронные регуляторы мощности нагрузки. Не нашел в магазине - сделай сам

Полупроводниковый прибор, имеющий 5 p-n переходов и способный пропускать ток в прямом и обратном направлениях, называется симистором. Из-за неспособности работы на высоких частотах переменного тока, высокой чувствительности к электромагнитным помехам и значительного тепловыделения при коммутации больших нагрузок, в настоящее время широкого применения в мощных промышленных установках они не имеют.

Там их с успехом заменяют схемы на тиристорах и IGBT-транзисторах. Но компактные размеры прибора и его долговечность в сочетании с невысокой стоимостью и простотой схемы управления позволили найти им применение в сферах, где указанные выше недостатки не имеют существенного значения.

Сегодня схемы на симисторах можно найти во многих бытовых приборах от фена до пылесоса, ручном электроинструменте и электронагревательных устройствах – там, где требуется плавная регулировка мощности.

Принцип работы

Регулятор мощности на симисторе работает подобно электронному ключу, периодически открываясь и закрываясь, с частотой, заданной схемой управления. При отпирании симистор пропускает часть полуволны сетевого напряжения, а значит потребитель получает только часть номинальной мощности.

Делаем своими руками

На сегодняшний день ассортимент симисторных регуляторов в продаже не слишком велик. И, хотя цены на такие устройства невелики, зачастую они не отвечают требованиям потребителя. По этой причине рассмотрим несколько основных схем регуляторов, их назначение и используемую элементную базу.

Схема прибора

Простейший вариант схемы, рассчитанный для работы на любую нагрузку. Используются традиционные электронные компоненты, принцип управления фазово-импульсный.

Основные компоненты:

• симистор VD4, 10 А, 400 В;
• динистор VD3, порог открывания 32 В;
• потенциометр R2.

Ток, протекающий через потенциометр R2 и сопротивление R3, каждой полуволной заряжает конденсатор С1. Когда на обкладках конденсатора напряжение достигнет 32 В, произойдёт открытие динистора VD3 и С1 начнёт разряжаться через R4 и VD3 на управляющий вывод симистора VD4, который откроется для прохождения тока на нагрузку.

Длительность открытия регулируется подбором порогового напряжения VD3 (величина постоянная) и сопротивлением R2. Мощность в нагрузке прямо пропорциональна величине сопротивления потенциометра R2.

Дополнительная цепь из диодов VD1 и VD2 и сопротивления R1 является необязательной и служит для обеспечения плавности и точности регулировки выходной мощности. Ограничение тока, протекающего через VD3, выполняет резистор R4. Этим достигается необходимая для открытия VD4 длительность импульса. Предохранитель Пр.1 защищает схему от токов короткого замыкания.

Отличительной особенностью схемы является то, что динистор открывается на одинаковый угол в каждой полуволне сетевого напряжения. Вследствие этого не происходит выпрямление тока, и становится возможным подключение индуктивной нагрузки, например, трансформатора.

Подбирать симисторы следует по величине нагрузке, исходя из расчёта 1 А = 200 Вт.

Используемые элементы:

• Динистор DB3;
• Симистор ТС106-10-4, ВТ136-600 или другие, требуемого номинала по току 4-12А.
• Диоды VD1, VD2 типа 1N4007;
• Сопротивления R1100 кОм, R3 1 кОм, R4 270 Ом, R5 1,6 кОм, потенциометр R2 100 кОм;
• С1 0,47 мкФ (рабочее напряжение от 250 В).

Отметим, что схема является наиболее распространённой, с небольшими вариациями. Например, динистор может быть заменён на диодный мост или может быть установлена помехоподавляющая RC цепочка параллельно симистору.

Более современной является схема с управлением симистора от микроконтроллера – PIC, AVR или другие. Такая схема обеспечивает более точную регулировку напряжения и тока в цепи нагрузки, но является и более сложной в реализации.

Сборка

Сборку регулятора мощности необходимо производить в следующей последовательности:

1. Определить параметры прибора, на который будет работать разрабатываемое устройство. К параметрам относятся: количество фаз (1 или 3), необходимость точной регулировки выходной мощности, входное напряжение в вольтах и номинальный ток в амперах.
2. Выбрать тип устройства (аналоговый или цифровой), произвести подбор элементов по мощности нагрузки. Можно проверить своё решение в одной из программ для моделирования электрических цепей – Electronics Workbench, CircuitMaker или их онлайн аналогах EasyEDA, CircuitSims или любой другой на ваш выбор.
3. Рассчитать тепловыделение по следующей формуле: падение напряжения на симисторе (около 2 В) умножить на номинальный ток в амперах. Точные значения падения напряжения в открытом состоянии и номинальный пропускаемый ток указаны в характеристиках симистора. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах. Подобрать по рассчитанной мощности радиатор.
4. Закупить необходимые электронные компоненты , радиатор и печатную плату.
5. Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
6. Установить элементы на плату при помощи пайки. Если нет возможности подготовить печатную плату, то можно использовать для соединения компонентов навесной монтаж, используя короткие провода. При сборке особое внимание уделить полярности подключения диодов и симистора. Если на них нет маркировки выводов, то или «аркашки».
7. Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
8. Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
9. Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
10. Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
11. Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
12. Если результат устраивает, то можно подключать нагрузку к выходу регулятора. В противном случае необходимо произвести регулировки мощности.

Регулировка мощности

За регулировку мощности отвечает потенциометр, через который заряжается конденсатор и разрядная цепь конденсатора. При неудовлетворительных параметрах выходной мощности следует подбирать номинал сопротивления в разрядной цепи и, при малом диапазоне регулировки мощности, номинал потенциометра.

• продлить срок службы лампы, регулировать освещение или температуру паяльника поможет простой и недорогой регулятор на симисторах.
• выбирайте тип схемы и параметры компонентов по планируемой нагрузке.
• тщательно проработайте схемные решения.
• будьте внимательны при сборке схемы , соблюдайте полярность полупроводниковых компонентов.
• не забывайте, что электрический ток есть во всех элементах схемы и он смертельно опасен для человека.

Этот простой регулятор мощности может пригодиться для регулировки освещения ламп накаливания, регулировки температуры ТЭНов, фенов, тепловых пушек, но не годится для работы на индуктивную нагрузку (трансформатор, асинхронный двигатель) или емкостную. Симистор моментально вылетит.

Роль используемых деталей:

Т1 - это симистор , в моём случае я использовал импортный BTB (BTB 16 600bw) на 16А,

Что в пересчете на мощность P=I*U=16*220=3520Вт с большим теплоотводом симистор выше 50 градусов не греется, хотя возможно подключить и (КУ 208) или импортные симисторы так называемые "триаки" ВТА, ВТ.

Элемент схемы Т - это и есть вышеупомянутый симметричный динистор то есть "диак" импортного производства DB 3 (разрешается 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 это чудо так:

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

Ну,и конечно конденсатор 0,1mkF:

Заряжается он 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 симистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать чье то пение, это будет частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.

Если вы ищите схему простого регулятора мощности то эта схема вам обязательно пригодится. Она достаточно простая, мощность нагрузки составляет 3,5 кВт, с её помощью можно регулировать освещение, нагревательные тэны и тому подобное.

Единственный минус данной схемы, это то что подключить к ней индукционную нагрузку не получится, так как симистор выходит из строя!

Схема регулятора мощности.

Детали регулятора

1. Симистор Т1 можно взять BTB16-600BW или подобный (КУ 208 ил ВТА, ВТ).
2. Динистор Т — DB3 или DB4
3. Конденсатор 0,1мкФ керамический

Резистор R2 510Ом ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 мкФ, если поставить движок регулятора в положение 0Ом, то сопротивление цепи всё равно будет 510Ом

Заряжается он через резисторы R2 510Ом и переменный резистор R1 420кОм, после того, как напряжение на конденсаторе достигнет напряжения открывания динистора DB3, динистор формирует импульс, открывающий симистор, после чего, при проходе синусоиды, симистор закрывается. Частота открывания-закрывания симистора зависит от напряжения на конденсаторе 0.1мкФ, 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 пол накала» и продлим ей срок службы, однако не получиться регулировать яркость, да и неприятного мерцания не избежать. В симисторных схемах этого недостатка нет, так как частота переключения симистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать что-то вроде пение, это будет частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.

В симисторных регуляторах мощности, работающих по принципу пропускания через нагрузку определенного числа полупериодов тока в единицу времени, должно выполняться условие четности их числа. Во многих известных радиолюбительских (и не только) конструкциях оно нарушается. Вниманию читателей предлагается регулятор, свободный от этого недостатка. Его схема изображена на рис. 1.

Здесь имеются узел питания, генератор импульсов регулируемой скважности и формирователь импульсов, управляющих симистором. Узел питания выполнен по классической схеме: токоограничивающие резистор R2 и конденсатор С1, выпрямитель на диодах VD3, VD4, стабилитрон VD5, сглаживающий конденсатор СЗ. Частота импульсов генератора, собранного на элементах DD1.1, DD1.2 и DD1.4, зависит от емкости конденсатора С2 и сопротивления между крайними выводами переменного резистора R1. Этим же резистором регулируют скважность импульсов. Элемент DD1.3 служит формирователем импульсов с частотой сетевого напряжения, поступающего на его вывод 1 через делитель из резисторов R3 и R4, причем каждый импульс начинается, вблизи перехода мгновенного значения сетевого напряжения через ноль. С выхода элемента DD1.3 эти импульсы через ограничительные резисторы R5 и R6 поступают на базы транзисторов VT1, VT2. Усиленные транзисторами импульсы управления через разделительный конденсатор С4 приходят на управляющий электрод симистора VS1. Здесь их полярность соответствует знаку сетевого напряжения, приложенного в этот момент к выв. 2 симистора. Благодаря тому, что элементы DD1.1 и DD1.2, DD1.3 и DD1.4 образуют два триггера, уровень на выходе элемента DD1.4, соединенном с выводом 2 элемента DD1.3, сменяется на противоположный только в отрицательном полупериоде сетевого напряжения. Предположим, триггер на элементах DD1.3, DD1.4 находится в состоянии с низким уровнем на выходе элемента DD1.3 и высоким на выходе элемента DD1.4. Для изменения этого состояния необходимо, чтобы высокий уровень на выходе элемента DD1.2, соединенном с выводом 6 элемента DD1.4, стал низким. А это может произойти только в отрицательном полупериоде сетевого напряжения, поступающего на вывод 13 элемента DD1.1, независимо от момента установки высокого уровня на выводе 8 элемента DD1.2. Формирование управляющего импульса начинается с приходом положительного полупериода сетевого напряжения на вывод 1 элемента DD1.3. В некоторый момент в результате перезарядки конденсатора С2 высокий уровень на выводе 8 элемента DD1.2 сменится низким, что установит на выходе элемента высокий уровень напряжения. Теперь высокий уровень на выходе элемента DD1.4 тоже может смениться низким, но только в отрицательный полупериод напряжения, поступающего на вывод 1 элемента DD1.3. Следовательно, рабочий цикл формирователя управляющих импульсов закончится в конце отрицательного полупериода сетевого напряжения, а общее число полупериодов напряжения, приложенного к нагрузке, будет четным. Основная часть деталей устройства смонтирована на плате с односторонней печатью, чертеж которой показан на рис. 2.

Диоды VD1 и VD2 припаяны непосредственно к выводам переменного резистора R1, а резистор R7 - к выводам симистора VS1. Симистор снабжен ребристым теплоотводом заводского изготовления с площадью теплоотводящей поверхности около 400 см2. Использованы постоянные резисторы МЛТ, переменный резистор R1 - СПЗ-4аМ. Его можно заменить другим такого же или большего сопротивления. Номиналы резисторов R3 и R4 должны быть одинаковыми. Конденсаторы С1, С2 - К73-17. Если требуется повышенная надежность, то оксидный конденсатор С4 можно заменить пленочным, например, К73-17 2,2...4,7 мкФ на 63 В, но размеры печатной платы придется увеличить.
Вместо диодов КД521А подойдут и другие маломощные кремниевые, а стабилитрон Д814В заменит любой более современный с напряжением стабилизации 9 В. Замена транзисторов КТ3102В, КТ3107Г - другие маломощные кремниевые соответствующей структуры. Если амплитуда открывающих симистор VS1 импульсов тока окажется недостаточной, сопротивление резисторов R5 и R6 уменьшать нельзя. Лучше подобрать транзисторы с возможно большим коэффициентом передачи тока при напряжении между коллектором и эмиттером 1 В. У VT1 он должен быть 150...250, у VT2 - 250...270. По окончании монтажа можно присоединять к регулятору нагрузку сопротивлением 50...100 Ом и включать его в сеть. Параллельно нагрузке подключите вольтметр постоянного тока на 300...600 В. Если симистор устойчиво открывается в обоих полупериодах сетевого напряжения, стрелка вольтметра вообще не отклоняется от нуля либо немного колеблется вокруг него. Если же стрелка вольтметра отклоняется лишь в одну сторону, значит, симистор открывается только в полупериодах одного знака. Направление отклонения стрелки соответствует той полярности приложенного к симистору напряжения, при которой он остается закрытым. Обычно правильной работы симистора удается добиться установкой транзистора VT2 с большим значением коэффициента передачи тока.

Симисторный регулятор мощности.
(Вариант 2)

Предлагаемый симисторный регулятор мощности (см. рис.) можно использовать для регулирования активной мощности нагревательных приборов (паяльника, электрической печки, плиты и пр.). Для изменения яркости осветительных приборов его использовать не рекомендуется, т.к. они будут сильно мигать. Особенностью регулятора является коммутация симистора в моменты перехода сетевого напряжения через ноль, поэтому он не создает сетевых помех Мощность регулируется изменением числа полупериодов сетевого напряжения, поступающих в нагрузку.

Синхрогенератор выполнен на базе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ DD1.1. Его особенностью является появление высокого уровня (логической "1") на выходе в том случае, когда входные сигналы отличаются друг от друга, и низкого уровня ("О") при совладении входных сигналов. В результате этого "Г появляется на выходе DD1.1 только в моменты перехода сетевого напряжения через ноль. Генератор прямоугольных импульсов с регулируемой скважностью выполнен на логических элементах DD1.2 и DD1.3. Соединение одного из входов этих элементов с питанием превращает их в инверторы. В результате получается генератор прямоугольных импульсов. Частота импульсов приблизительно 2 Гц, а их длительность изменяется резистором R5.

На резисторе R6 и диодах VD5. VD6 выполнена схема совпадения 2И. Высокий уровень на ее выходе появляется только при совпадении двух "1" (импульса синхронизации и импульса с генератора). В результате на выходе 11 DD1.4 появляются пачки импульсов синхронизации. Элемент DD1.4 является повторителем импульсов, для чего один из его входов подключен к общей шине.
На транзисторе VT1 выполнен формирователь управляющих импульсов. Пачки коротких импульсов с его эмиттера, синхронизированные с началом полупериодов сетевого напряжения, поступают на управляющий переход симистора VS1 и открывают его. Через RH протекает ток.

Питание симисторного регулятора мощности осуществляется через цепочку R1-C1-VD2. Стабилитрон VD1 ограничивает напряжение питания на уровне 15 В. Положительные импульсы со стабилитрона VD1 через диод VD2 заряжают конденсатор СЗ.
При большой регулируемой мощности симистор VS1 необходимо установить на радиатор. Тогда симистор типа КУ208Г позволяет коммутировать мощность до 1 кВт. Размеры радиатора можно приближенно прикинуть из расчета, что на 1 Вт рассеиваемой мощности необходимо около 10 см2 эффективной поверхности радиатора (сам корпус симистора рассеивает 10 Вт мощности). Для большей мощности необходим более мощный симистор, например, ТС2-25-6. Он позволяет коммутировать ток 25 А. Симистор выбирается с допустимым обратным напряжением не ниже 600 В. Симистор желательно защитить варистором, включенным параллельно, например, СН-1-1-560. Диоды VD2.. .VD6 можно применять в схеме любые, например. КД522Б или КД510А Стабилитрон - любой маломощный на напряжение 14.. .15 В. Подойдет Д814Д.

Симисторный регулятор мощности размещен на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита размерами 68x38 мм.

Простой регулятор мощности.

Регулятор мощности до 1 кВт (0%-100%).
Схема собиралась не раз, работает без наладки и других проблем. Естественно диоды и тиристор на радиатор при мощности более 300 ватт. Если меньше, то хватает самих корпусов деталей для охлаждения.
Изначально в схеме применялись транзисторы типа МП38 и МП41.

Предлагаемая ниже схема позволит снизить мощность любого нагревательного электроприбора. Схема достаточно проста и доступна даже начинающему радиолюбителю. Для управления более мощной нагрузкой тиристоры необходимо поставить на радиатор (150 см2 и более). Для устранения помех, создаваемых регулятором, желательно на входе поставить дроссель.

На схеме - родителе, был установлен симистор КУ208Г, и меня он не устроил из за малой мощности коммутации. Покопавшись нашел импортные симисторы BTA16-600. Максимальное напряжение коммутации которого равен 600 вольт пр токе 16А!!!
Все резисторы МЛТ 0,125;
R4 - СП3-4аМ;
Конденсатор составлен из двух (включенных параллельно) по 1 микрофараду 250 вольт, типа - К73-17.
При данных, указанных на схеме, были достигнуты следующие результаты: Регулировка напряжения от 40 до напряжения сети.

Регулятор можно вставить в штатный корпус обогревателя.

Схема срисованная с платы регулятора пылесоса.

на кондесаторе маркировка: 1j100
Пробовал управлять ТЭНом 2 квт - никаких морганий света на той же фазе не заметил,
напряжение на ТЭНе регулируется плавно и, вроде бы, равномернно (пропорционально углу поворота резистора).
Регулируется от 0 до 218 вольт при напряжении в сети 224-228 вольт.