Регулятор мощности для нагревательных приборов

В статье рассмотрена несложная схема сете­вого регулятора с дискретным изменением мощ­ности на нагрузке. В отличие от схемы, приведен­ной в [1], в этой конструкции не используются оптопары и отдельный источник питания. Это уп­ростило конструкцию и снизило её стоимость. В предлагаемой конструкции также используется принцип подачи нескольких периодов сетевого на­пряжения на нагрузку за фиксированный проме­жуток времени. Количество периодов сетевого на­пряжения, поступающих на нагревательный прибор, можно регулировать с помощью галетного переключателя. Количество позиций переклю­чателя равно десяти. Таким образом, мощность на нагрузке изменяется ступенями с шагом 10%, что для бытовых целей вполне достаточно.

Схема устройства показана на рис.1. Момент перехода сетевого напряжения через ноль опреде­ляет схема, выполненная на транзисторах VT1, VT2. Эта схема неоднократно применялась автором и другими радиолюбителями и зарекомендовала себя с наилучшей стороны. На резисторе R5 в мо­мент перехода сетевого напряжения через ноль об­разуется короткий импульс отрицательной поляр­ности. Следовательно, период следования импульсов кратен 10 мс. Для увеличения периода следования импульсов применяется деление час­тоты следования импульсов на четыре с помощью двух последовательно соединенных счетных триг­геров, выполненных на D-триггерах микросхеме DD2. Предварительно импульсы, образующиеся на резисторе R5, инвертируются элементом DD1.1. С выхода 1 микросхемы DD2 импульсы с периодом следования 40 мс поступают на микросхему DD3. Эта КМОП-микросхема представляет собой деся­тичный счётчик импульсов с дешифратором. Де­шифратор этой микросхемы имеет десять выхо­дов. При низком логическом уровне на входах CP и R счётчик выполняет свои операции синхронно с положительным перепадом на тактовом входе CN. Таким образом, последовательно на каждом из вы­ходов появляется положительный импульс дли­тельностью 40 мс, синхронно с поступающими на вход. По окончании подсчета 10 импульсов и по­ступлении на вход следующего на выводе Q0 вновь появится импульс. Следовательно, промежу­ток времени, в течение которого производится уп­равление мощностью на нагрузке, равен 400 мс. Для изменения мощности от минимального до мак­симального значения в течение этого периода не­обходимо изменять количество импульсов, поступающих на нагрузку. Это осуществляется переклю­чателем SA1, который коммутирует импульс с не­обходимого выхода счетчика с дешифратором на RS-триггер. Этот триггер выполнен на элементах DD1.2, DD1.3 по известной схеме.

Рис. 1

С выхода Q0 микросхемы DD3 триггер по вхо­ду 9 элемента DD1.2 положительным импульсом устанавливается в нулевое состояние, которое яв­ляется разрешающим для работы элемента DD1.4. Короткие импульсы с резистора R5 проходят на выход элемента DD1.4 е инверсией. При этом от­крывается транзистор VT3, и по управляющему входу симистора VS1 производит его включение. Надо отметить, что включение триака производит­ся отрицательными импульсами относительно электрода М1. При этом полярность напряжения между электродами М1 и М2 может быть любой. Для большинства современных симисторов этот режим является нормальным. Причём включение триака происходит в самом начале полупериода.

На нагрузку поступают периоды сетевого напря­жения до тех пор, пока с движка переключателя SA1 на вход 5 элемента DD1.3 не поступит положитель­ный импульс. В этом случае триггер установится в единичное состояние, и элемент DD1.4 прекраща­ет пропускать импульсы на выход 11. Транзистор VT3 закрывается и перестает пропускать открыва­ющие импульсы на управляющий электрод триака. Вследствие этого симистор закрыт, и нагрузка обесточена. Как следует из описания, с помощью переключателя SA1 можно изменять количество по­данных периодов напряжения на нагрузку за нор­мированный интервал времени 400 мс. В первом положении переключателя SA1 триггер переключа­ется только на короткое время, на нагрузку подаёт­ся только 10% мощности. В десятом положении, на­оборот, на нагрузку подаётся 100% мощности.

На схеме рис.1 переключатель SA1 показан в положении, при котором на нагрузке выделяется 90% мощности.

Питание устройства осуществляется через га­сящий конденсатор С1, резистор R1 и однополупериодный выпрямитель на VD1, VD2 со стабили­троном VD3 на выходе, который стабилизирует напряжение питания микросхем. Конденсаторы С2 и СЗ являются сглаживающими пульсации вы­прямленного напряжения. Индикатором наличия напряжения на нагрузке служит светодиод HL1.

Конструкция и детали

Конденсатор С1 типа К73-17 или аналогичный импортный, на рабочее напряжение не менее 400 В. Конденсатор С2 керамический, а СЗ электроли­тический любой фирмы. Постоянные резисторы отечественные типа МЛТ или импортные. Диоды вполне допустимо заменить отечественными ти­па КД209Б. Стабилитрон можно использовать на напряжение от 5 до 9 В типа Д808, Д809, Д814А, Д814Б или импортный. Транзисторы заменяются аналогичными отечественными или импортными. Микросхема К561ЛЕ5 имеет импортный аналог CD4001, К561ТМ2 — CD4013, а К561ИЕ8 — CD4017. Светодиод может быть любого типа. Галетный пе­реключатель на одиннадцать положений и одно направление.

Конструкция размещена в корпусе из изоляци­онного материала. Автор использовал корпус от промышленного регулятора температуры РТ-3. От этого регулятора использован и радиатор для си­мистора. Все радиоэлементы размещены на пла­те из одностороннего фольгированного стеклотек­столита размерами 60×70 мм и толщиной 1,5 мм. Симистор установлен на ребристый радиатор че­рез слюдяную прокладку. Монтаж внутри корпуса выполнен проводом МГТФ-0,7.

Размещение радиодеталей и токопроводящих дорожек на плате показано на рис.2. Собранный из заведомо исправных деталей регулятор мощно­сти налаживания не требует. Все характеристики регулятора аналогичны приведенным в [1].

Рис. 2

Литература

1. Белоусов О. Дискретный сетевой регулятор мощности на нагрузке // Радиоаматор. — 2015. — №2 — С.38-41.

Автор: Олег Белоусов, г. Черкассы