Четыре устройства на симисторах

Если у вас с былых времён осталось большое количест­во симисторов КУ208Г, которые из-за дефектов изготовления неспособны работать в сети 220 В/50 Гц, то можно исполь­зовать последовательное включение таких симисторов, «по­делив» сетевое напряжение между ними пополам, что зна­чительно повышает надёжность конструкций, в которых при­менены такие симисторы.

Два устройства для плавного включения ламп накаливания

Схема первого такого устройства показана на рис.1. Эта конструкция предназначена для установки в подваль­ные помещения, помещения общего пользования и в другие места, где устройство может стать жертвой вандализма. По­скольку в конструкции применены устаревшие детали, часто не стоящие ни копейки, лежащие мёртвым балластом, то ее потеря не так сильно расстроит.

Рис. 1

Работает устройство следующим образом. При замыка­нии контактов выключателя SA1 на лампу накаливания по­ступает действующее напряжение переменного тока около 140 В. Это происходит из-за того, что сопротивление термо­резистора RT1 с отрицательным ТКС в холодном состоянии относительно велико (около 10 кОм при комнатной темпера­туре). В связи с этим, мощные высоковольтные симисторы VS1, VS2 открываются с фазовой задержкой, что и умень­шает бросок тока через лампу накаливания в момент вклю­чения питания.

Поскольку ток управления симисторов относительно боль­шой, то терморезистор RT1 начинает разогреваться протекаю­щими через него импульсами тока. Примерно через 1.3 мин температура его корпуса повышается до 60…70°С, а сопро­тивление уменьшится настолько, что действующее напряже­ние на лампе накаливания будет всего на 10…20 В меньше напряжения сети. Немного пониженное напряжение питания лампы накаливания заметно увеличивает её срок службы, особенно при наличии повышенного до 240…270 В напря­жении сети. Этот факт также актуален в условиях ожидае­мого и запланированного дефицита ламп накаливания из-за предстоящего запрета их производства.

Симисторы VS1, VS2 включены встречно-последователь­но. Резисторы R4, R5 выравнивают напряжение на закры­тых симисторах. Сверхъяркий светодиод HL1 выполняет функ­цию «ночника», подсвечивая помещение в случае перегора­ния или хищения лампы. Сопротивления резисторов RT1, R2-R6 подобраны таким образом, чтобы не только обеспе­чить работоспособность конструкции, но и немного «прогре­вать» её, что актуально, если в подвале, подсобном поме­щении повышенная влажность воздуха. Поскольку работающее устройство создаёт импульсные помехи в моменты от­крывания симисторов, используются помехоподавляющие фильтры L1R7C5 и L2C3C4. Это устройство можно смонти­ровать на печатной плате размерами 120×80 мм.

Если такое устройство необходимо включить в разрыв цепи питания лампы накаливания, то его немного модифицируют по схеме, показанной на рис.2. Эта кон­струкция отличается несколько худшим подавле­нием проникающих в сеть помех, создаваемых симисторами. Отличие также в том, что светодиод HL1 светит только при разомкнутых контактах вы­ключателя SA1, подсвечивая помещение при по­гашенной лампе накаливания. После монтажа и проверки работоспособности изготовленного уст­ройства монтажную плату вместе с установленны­ми на ней деталями покрывают эпоксидным ла­ком или несколькими слоями цапонлака. Корпус для устройства должен быть полугерметичным, в нижней и боковых стенках просверливают дренаж­ные отверстия диаметром 0,6…0,8 мм. Они необходимы для удаления конденсата влаги. В то же время, ма­лый диаметр отверстий — непреодолимая преграда для боль­шинства насекомых.

Рис. 2

Фазовый регулятор мощности

Его принципиальная схема показана на рис.3. Он пред­назначен для работы в сети переменного тока 220 В с на­грузкой мощностью 5…400 Вт. Нагрузкой этого регулятора может быть, например, лампа накаливания, ёлочная гирлян­да, электропаяльник, небольшой сверлильный станок с коллекторным электродвигателем. Силовые симисторы VS2, VS3 типа КУ208Г включены встречно-последовательно, что поз­воляет разделить сетевое напряжение между закрытыми симисторами поровну. Для выравнивания напряжений на закрытых симисторах предназначены резисторы R9, R10. Управляющий узел реализован на маломощном высо­ковольтном тиристоре VS1. Когда движок перемен­ного резистора R1 находится в нижнем по схеме по­ложении, фазовая задержка открывания VS1 макси­мальна, на нагрузку поступает минимум мощности. При открывании VS1 ток в цепи управляющих элект­родов симисторов VS2, VS3 резко возрастает, VS2, VS3 открываются, ток в цепи нагрузки резко возра­стает до максимального. Когда движок переменного резистора R1 находится в верхнем по схеме положе­нии, фазовая задержка открывания VS1 минималь­ная, на нагрузку поступает около 99% мощности. Ре­зистор R2 предназначен для установки уровня минимальной мощности, поступающей в нагрузку, резисторы R5 и R6 защищают маломощный тиристор от перегрузки.

Рис. 3

Для уменьшения интенсивности помех, которые создаёт работающий фазовый ре­гулятор мощности, предназначены LC-фильтры L1C2R11 и L2C3C4RU1. Кроме того, второй фильтр снижает уровень им­пульсных помех, которые поступают на симисторный узел из сети. Это уменьшает вероятность резкого скачка мощности, по­ступающей на нагрузку, например, при включении компрессора стоящего рядом холодильника. Плавкий предохранитель за­щищает устройство и цепь питания от перегрузки. Это устройство можно смонти­ровать на печатной плате размерами 120х80 мм. Настройка устройства заключается в подборе номинала конденсатора C1 таким образом, чтобы при пол­ном повороте регулировочной ручки переменного резистора R1 поступающая в нагрузку мощность изменялась от мини­мальной до максимальной.

Генератор световых импульсов

Его можно изготовить по схеме, показанной на рис.4. На транзисторах VT3, VT4, резисторах R11-R15 и конденса­торе C2 выполнен задающий генератор. Резистор R13 растягивает длительность вспышек и, как и резисторы R12 и R14, улучшает запуск генератора. Резисторы R2, R3 необходимы для надёжного закрытия высоковольтных транзисторов VT1 и VT2. Резистор R6 ограничивает импульсный ток через вы­соковольтные транзисторы, мостовой выпрямитель и управ­ляющие электроды симисторов. Конденсатор C1 накопитель­ный. Стабилитрон VD1 ограничивает рост напряжения на обкладках этого конденсатора.

Рис. 4

Частоту вспышек генератора удобнее устанавливать под­бором номинала конденсатора C2 и в меньших пределах с помощью подбора резистора R11. При значительном отклоне­нии номинала установленного резистора R11 от указанного на принципиальной схеме, генератор может не запуститься. Частота вспышек этого генератора около 0,6 Гц, продолжитель­ность вспышки около 0,4 с. Когда на выводе коллектора VT3 присутствует высокий уровень напряжения, открываются вы­соковольтные транзисторы VT1, VT2. В этот момент в цепи мостового выпрямителя VD3 и управляющих электродов мощ­ных симисторов VS1, VS2 протекает ток, достаточный для от­крывания симисторов в начале каждой полуволны сетевого на­пряжения, лампа накаливания EL1 вспыхнет. Кроме плавкого предохранителя FU1, все остальные детали этого устройства можно разместить на плате размерами 95×70 мм (рис.5).

Рис. 5

Детали

Во всех конструкциях можно применить постоянные ре­зисторы типов МЛТ, С2-23, С2-33 и др. Переменный резис­тор можно применить типа СП3-12к, СП3-30к номиналом 100…300 кОм, совмещённый с выключателем. На ось пере­менного резистора надевают ручку, изготовленную из изо­ляционного материала. Корпус переменного резистора дол­жен быть изолирован от металлического корпуса (передней панели) устройства.

Терморезистор типа ММТ-4 сопротивлением 10…15 кОм. Его припаивают на высоте около 10…15 мм от поверхности печатной платы. Варистор MYG20-471 заменим FNR-20K431, MYG20-431, LF14K471, при отсутствии можно не устанавливать.

Оксидные конденсаторы К50-35, К50-68 или аналоги. Не­полярные оксидные конденсаторы типа К50-16, К50-51 или аналоги. Конденсаторы, установленные в высоковольтных уз­лах, плёночные, например, полиэтилентерефталатные К73-17, К73-24 на 630 В.

Диодные мосты КЦ402Б можно заменить КЦ402А, КЦ405 или четырьмя одинаковыми диодами КД209А, КД105Б. Вме­сто диодов 1SS176S подойдут любые из КД510, КД521, КД522. Стабилитрон Д814Б можно заменить КС191А, КС510А.

Светодиоды любые общего применения, например, се­рий КИПД35, КИПД36, КИПД40.

Тиристор MCR100-6RL можно заменить MCR100-8RL. При мощности нагрузки более 200 Вт симисторы КУ208Г желательно установить на неболь­шой общий теплоотвод, при­менение изолирующих про­кладок необязательно, если теплоотвод изолирован от ме­таллического корпуса устрой­ства. Вместо симисторов КУ208Г, рассчитанных на ток нагрузки 5 А и напряжение 400 В, можно применить КУ208В, рассчитанные на на­пряжение 300 В, а также по­дойдут 2У208Г,   2У208В, КУ208Д1. Высоковольтные транзисторы MJE13001 и MJE13003 можно заменить КТ940А, КТ969А. Транзистор КТ209К можно заменить любым из се­рий КТ209, КТ502, КТ3107, SS9012, BC557. Вместо транзи­стора КТ3102Г подойдёт любой из серий КТ3102, КТ645.

Дроссели для помехоподавляющих фильтров выполнены на кольцах K32x20x9 из феррита НМ3000 без немагнитного зазора, содержат по 24 витка обмоточного медного провода диаметром 0,68 мм. Острые кромки ферритовых колец за­тупляют напильником, после чего кольца обматывают лакотканью или ПВХ изолентой, затем с помощью челнока в один слой укладывают обмотку.

При изготовлении устройств, о которых было рассказано в этой статье, следует помнить, что все их элементы нахо­дятся под напряжением сети, поэтому необходимо соблюдать соответствующие меры безопасности.

Литература

1. Бутов А.Л. Применение мощных некондиционных тран­зисторов в источниках питания // Электрик. — 2009. — №10. — С.43-45.

Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.