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
- Абрамов С.М. Симисторный регулятор большой мощности //Электрик,- 2002. — №7. — С. 12.
- Яковлев В.Ф. Мощный регулятор на симисторе //Электрик,- 2004. — №10. — С.26.
- Копомойцев К.В., Павлюк А.В. Симисторный регулятор мощности //Электрик.- 2007. — №5. — С.64 — 65.
Автор: Константин Коломойцев, Петр Халявка, г. Ивано-Франковск