Симисторный регулятор мощности с оптопарой

Известны симисторные регуляторы мощности, например [1-3], которые содержат дефицитные и относительно дорогие электронные компоненты, такие как однопереходные и по­левые транзисторы, динисторы, импульсные трансформаторы и т.д. и т.п.

Однако, симисторный регулятор мощности можно постро­ить на базе более распространенных простых и дешевых эле­ктронных компонентах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому регу­лятору является регулятор мощности, приведенный в [3], ко­торый содержит фазосдвигающую цепочку, пороговые и ис­полнительные элементы, фазовращатель, ограничитель-ста­билизатор входного напряжения, узел защиты.

Ниже предлагается более простой вариант симисторного регулятора мощности, который выполнен на базе двух ди­одных мостов и тиристорной оптопары.

Описание регулятора

На рис.1 приведена структурная схема симисторного ре­гулятора мощности. Она состоит из фазосдвигающей цепоч­ки ФСЦ, двух диодных мостов ДМ1, ДМ2 (VD1 — VD4, VD5 — VD8), тиристорной оптопары ОУ1, цепи управления симисто­ром ЦУС, исполнительного элемента ИЭ, узла защиты сими­стора УЗС, нагрузки EL1 (лампы накаливания).

Рис. 1

Принципиальная схема регулятора мощности показана на рис.2.Она собрана по классической схеме, но вместо сим­метричного динистора (диака) или обычного динистора (вклю­ченного в диагональ диодного моста) в цепи управления си­мистором или транзисторов, работающих в лавинном режи­ме, используется тиристорная оптопара ОУ1. Вход и выход оп­топары подключены к выходам двух диодных мостов VD1 — VD4 и VD5 — VD8 соответственно. Вход первого моста ДМ1 через резистор R3 подключён к выходу фазосдвигающей це­почки. Вход второго моста ДМ2 включён в цепь управления симистором VS1 через резистор R4.

Рис. 2

Симисторный регулятор обеспечивает фазовое регули­рование величины мощности на нагрузке, что обеспечивает­ся фазосдвигающей цепочкой ФСЦ, состоящей из резисто­ров R1, R2 и конденсатора С1. То есть временное положе­ние запускающих импульсов устанавливается RC-фазовраща­телем. Потенциометром R1 регулируют яркость свечения лам­пы EL1. Установка дополнительной RC-цепочки (R3C3) обес­печивает больший фазовый сдвиг для лучшего управления при малых нагрузках.

RC- цепочка, состоящая из резистора R6 и конденсатора С2, представляет собой демпфер. LC-цепочка — радиочастот­ный фильтр для подавления радиопомех в питающей сети.

Принцип действия

Работает регулятор следующим образом. При каждом полупериоде сетевого переменного напряжения происходит заряд конденсатора С1 через резисторы R1, R2. Когда на­пряжение на конденсаторе С1 достигает порога зажигания светодиода оптрона ОУ1, происходит открывание тиристора оптопары в цепи управления силовым симистором VS1. В результате симистор открывается и через нагрузку EL1 про­текает ток в течение оставшейся части полупериода. Время заряда конденсатора С1 определяется постоянной времени цепочки R1, R2, С1. Меняя с помощью резистора R1 время заряда конденсатора С1 можно плавно регулировать мо­мент открытия симистора VS1 относительно начала полупериода переменного напряжения сети, а следовательно, и мощ­ность, отдаваемую нагрузке EL1.

На рис.З показано, как симистор VS1 управляет мощно­стью в нагрузке, отрезая начальную часть каждого полупериода. Длительность пропущенной части зависит от запазды­вания пускового импульса по фазе, которое определяется, как отмечалось выше, номиналами резисторов R1+ R2 и конденсатора C1. Наличие второй фазосдвигающей цепочки (R3C3) расширяет диапазон регулировки выходного на­пряжения устройства.

Рис. 3

Детали

В регуляторе исполь­зуются резисторы типа С2-23±5%. Переменный ре­зистор R1 100 кОм типа СП-5 мощностью 0,5 Вт же­лательно с характеристи­кой типа «В» или любой другой мощностью не менее 5 Вт. Конденсаторы С1, С2 — типа К73-11, К73-17 на напряжение не ниже 400 В.

Диодный мост КЦ407А можно заменить моста­ми типа КЦ402А-Г — КЦ405А-Г. Вместо оптрона ОУ1 типа ЗОУ103Г можно использовать оптроны типа АОУ103Б, АОУ103В, или использовать симисторную оптопару типа АОУ160А, Б, С, исключив в этом слу­чае диодный мост VD5 — VD8. Симистор VS1 типа КУ208Г может быть заменен КУ208В или ТС106-10-4, ТС112-10-4 и им подобными класса не ниже 4.

Настройка устройства

Для наладки регулятора мощности необходима соответствующая нагрузка, в качестве которой, например, может быть использована обычная лампа нака­ливания мощностью не менее 100 Вт и светоизлучающий диод с номинальным входным напряжением 2 В, например типа АЛ310А красного свечения. Порядок наладки следую­щий. Отключают вход 3-4 мостового выпрямителя VD5 — VD8 от цепи управления симистором VS1 и вместо его включа­ют переменный резистор, например, типа ППЗ 3 Вт 20 кОм или ППБ-2В 20-30 кОм.

Включают регулятор в сеть и, вращая рукоятку перемен­ного резистора, добиваются полного открытия симистора. По­сле чего отключают регулятор от сети, выпаивают перемен­ный резистор и измеряют величину его сопротивления. Из­меренная величина сопротивления являться максимальным номиналом R4.

Далее, следует отключить светодиод оптрона ОУ1 от вы­ходных зажимов моста VD1 — VD4 и к этим зажимам при­соединить светоизлучающий диод АЛ310А. Изменением номиналов резисторов R2,R3 и конденсатора С1, добива­ются плавного загорания светодиода АЛ310А при переме­щении движка реостата R1 из одного крайнего положения в другое.

После настройки выпаивают светодиод АЛ310А и к вы­ходным зажимам моста VD1 — VD4 присоединяют светоди­од оптрона ОУ1 и проверяют работу регулятора. При необходимости величины резисторов R2.R3 и конденсатора С1 корректируют.

Элементы устройства находятся под опасным сетевым на­пряжением 220 В — соблюдайте меры безопасности. Ручка переменного резистора R2 должна быть выполнена из хоро­шего изоляционного материала.

Литература

1. Абрамов С.М. Симисторный регулятор большой мощнос­ти //Электрик,- 2002. — №7. — С. 12.
2. Яковлев В.Ф. Мощный регулятор на симисторе //Элект­рик,- 2004. — №10. — С.26.
3. Копомойцев К.В., Павлюк А.В. Симисторный регулятор мощности //Электрик.- 2007. — №5. — С.64 — 65.

Автор: Константин Коломойцев, Петр Халявка, г. Ивано-Франковск