Фазовый регулятор мощности для нагрузки 8…1000 Вт

To control the power consumption of AC mains operated 220 V / 50 Hz light bulbs, electric heaters and phase power controllers most commonly used collector motors.,ru

For this purpose, thyristor, triac or similar device with power switches to high-power bipolar or FET, operating on the principle of phase control power supplied to a load. Such devices are generally relatively small-sized, has high efficiency, easy to manufacture and configure.,ru

On Fig.1 показана принципиальная схема фазового ре­гулятора мощности, силовой ключ в котором реализован на мощном симисторе. В отличие от большинства аналогичных фазовых регуляторов мощности это устройство при ком­пактных размерах имеет хорошее качество подавления создаваемых им помех, присутствие которых типично для большинства таких устройств. Рассматриваемая конструк­ция не содержит дефицитных радиодеталей, проста в изго­товлении и настройке.

Figure. 1

Напряжение 220 В/50 Гц через плавкий предохрани­тель FU1 и замкнутые контакты выключателя SA1 посту­пает на помехоподавляющий П-фильтр R2C1L1C3R4. Этот фильтр уменьшает интенсивность помех, которые могут проникать как от работающего регулятора в сеть питания (это может создавать помехи радиоприёму или давать на­водки на расположенный рядом УМЗЧ), так и из сети в регулятор (это может ухудшить стабильность его работы). О включении устройства в сеть информирует светящийся светодиод HL2, включенный в диагональ диодного выпря­мительного моста VD5-VD8. Резистор R5 ограничивает ток через этот светодиод.

На биполярных транзисторах VT1, VT2, резисторах R11, R12 выполнен аналог однопереходного транзистора. Когда напряжение на конденсаторе С4 и на выводе эмиттера VT2 становится больше напряжения в общей точке соеди­нения вывода базы VT2 и резисторов R11, R12, транзисто­ры VT1, VT2 лавинообразно открываются. При этом на вы­вод управления высоковольтного маломощного тиристора VS2 поступает открывающий импульс, тиристор открывает­ся, вместе с ним открывается мощный высоковольтный си­мистор VS1, на нагрузку поступает напряжение питания.

Эти процессы происходят в каждой полуволне сетево­го напряжения с частотой 100 Гц (при частоте сети 50 Гц). Задержка открывания транзисторов VT1, VT2 зависит от скорости зарядки конденсатора С4. Чем меньше установ­ленное сопротивление переменного резистора R13, тем раньше будут открываться эти транзисторы и управляе­мый ими силовой ключ, тем большая мощность будет по­ступать в подключенную нагрузку. Диодный мост VD9 вы­прямляет напряжение переменного тока для работы тиристорного и транзисторного узлов. Стабилитрон VD10 огра­ничивает рост амплитуды напряжения на элементах тран­зисторного узла при большом установленном сопротивле­нии R13. Резистор R9 ограничивает разрядный ток конденсатора С4. Резистор R6 ограничивает максимальный ток через открытый тиристор VS2, диоды выпрямительно­го моста VD9 и управляющий электрод симистора VS1. Фильтр L2C2R3 дополнительно снижает уровень создавае­мых устройством импульсных помех. Светодиод HL1 све­тится при наличии поступающего на нагрузку напряжения питания. Чем больше поступающая на нагрузку мощность, тем ярче светит этот светодиод.

The design and details

Большинство деталей конструкции размещено на монтаж­ной плате размерами 132×53 мм (Figure 2).

Fig. 2

Постоянные резисторы можно применить типов МЯТ, РПМ, С1-4, С2-23, С2-33 и аналогичные. Резисторы R2-R4 жела­тельно установить невозгораемые, например, Р1-7 или им­портные разрывные. Переменный резистор СП3-30а, СП-1, СПЗ-12, СПЗ-4 или аналогичный. Для обеспечения электробезопасности на поворотную ось переменного резистора на­девают пластмассовую регулировочную ручку, металличес­кий экран переменного резистора оставляют неподключен­ным к электрической схеме.

Конденсатор С1 керамический высоковольтный на рабо­чее напряжение переменного тока не менее 250 В или по­стоянного тока не менее 1600 В, например, типа К15-5. Конденсаторы С2, СЗ применены высоковольтные плёночные, подойдут конденсаторы на рабочее напряжение не ни­же 250 В переменного тока или не ниже 630 В постоянного тока, например, типа К73-17, К73-24 ёмкостью 0,1. ..0,22 мкФ. Конденсатор С4 любой малогабаритный плёночный.

Выпрямительные диоды 1N4148 можно заменить любы­ми из 1N914, 1SS176, 1SS244, КД510, КД521, КД522. Выпря­мительный мост VD9 заменим КЦ422Г, DB104-DB107, RB154-RB157. Вместо готового выпрямительного моста мож­но установить четыре диода, например, КД221В, КД209Б. Ста­билитрон Д814Д1 можно заменить Д814Д, КС212Ж, 2С212Ж, 2С213Б, 1N4742A, 1N4743A, BZV55C-12, TZMC-12. Светоди­оды DB5-433ARA-B красного цвета свечения, яркость 3300 мкд (миликандел), и DB5-433BG-B зелёного цвета свечения, яр­кость 2000 мкд, можно заменить любыми аналогичными не­прерывного свечения, например, из серий L-1503, КИПД21, КИПД40, КИПД66.

Transistor KT502A can be replaced by any of a series of KT502, KT6112, KT6115, KT639, SS8550, SS9012, 2SA643. Instead, you can use any of the KT503 series KT503, KT6111, KT6113, KT645, SS8050, 2SC2116, 2SD261, SS8050, SS9013. These transistors are differences in the type of case and pinout.,ru

Маломощный высоковольтный тиристор MCR100-6, кото­рый имеет малые токи удержания и управления, можно за­менить любым из MCR100-6ZL1, MCR100-008, MCR100-8RL, P0102DA1AA3, P0111DA1AA3, P0118DA1AA3, Х00602МА1АА2, Х0202МА1ВА2, Х00602МА1АА2. Симистор MAC320A8FP рас­считан на коммутируемый ток нагрузки до 20 А и рабочее напряжение до 600 В. Его можно заменить MAC320A6FP, MAC320A10FP, MAC228-6FP, MAC228A6FP, MAC228-8FP, MAC228A8FP, MAC212A8FP, MAC212A10FP. Указанные симисторы выполнены в изолированных корпусах. Симистор установлен на дюралюминиевый теплоотвод с площадью ох­лаждающей поверхности 80 см² (Figure 3).,ru Для установки си­мистора применяется дополнительная тонкая изолирующая слюдяная прокладка под корпус симистора и толстая гетинаксовая шайба под гайку. Теплоотвод прикреплён к боко­вой и верхней стенке стального корпуса. Все соединяемые поверхности теплового интерфейса смазаны теплопровод­ной пастой КПТ-8. Если корпус, например, пластмассовый, то свободно смонтированный теплоотвод для симистора при­меняют с площадью охлаждающей поверхности не менее 150 см².

Fig. 3

Дроссель L1 самодельный, сердечник Ш-образный пермаллоевый с сечением 9×9 мм. Каждая обмотка намотана в своей секции, содержит 9 витков, направление намотки об­моток одинаковое. Для удобства изготовления дросселя при­менён литцендрат 16×0,18 мм, изготовленный из обмоточно­го провода. Замыкающие пластины сердечника приклеены к Ш-образным пластинам клеем «БФ» через бумажную прокладку, вырезанную из листа офисной бумаги. Склеивают сердечник двухобмоточного дросселя в тисках.

Дроссель L2 сделан из дросселя индуктивностью 1000 мкГн от неисправной автомагнитолы, количество витков которого было уменьшено до получения индуктивности дросселя око­ло 300 мкГн. Подойдёт любой дроссель индуктивностью 100…300 мкГн, намотанный на кольцевом магнитопроводе, желательно с немагнитным зазором, обмотка которого рас­считана на ток 6 А. Избыточная индуктивность этого дрос­селя может привести к нестабильной работе регулятора с на­грузкой малой мощности. Обмотки изготовленных дросселей пропитывают цапонлаком.

Switch the power key, designed for switching current of 12 A, the two groups of contacts are connected in parallel.

type device assembly shown in Figure 4. Все детали смонтированы в стальном корпусе размерами 138x67x52 мм, толщина стенок 1 мм, который является частью теплоотвода. Все сильноточные цепи выполнены многожильным монтаж­ным проводом в двойной ПВХ изоляции с сечением 1 мм². Лицевая панель вырезана из полистирола толщиной 6 мм. На лицевой панели смонтированы переменный резистор, выклю­чатель питания, розетка для подключения нагрузки и свето­диоды. Держатель плавкого предохранителя закреплён на зад­ней металлической стенке корпуса.

Fig. 4

При напряжении сети 220 В устройство обеспечивает регулировку действующего напряжения в диапазоне от 40 до 218 В. Для расширения диапазона регулировки необхо­димо установить переменный резистор R13 большего сопро­тивления, например, 220 кОм или 330 кОм, а конденсатор С4 применить меньшего номинала. Увеличить максималь­ную допустимую мощность подключаемой нагрузки можно, если установить симистор на более эффективный теплоот­вод, заменить плавкий предохранитель рассчитанным на больший рабочий ток, обмотки дросселей и выключатель пи­тания так же должны быть рассчитаны на работу с мощной нагрузкой.

Literature

1. Бутов А.Л. Симисторный регулятор-прерыватель тока нагрузки // Электрик. – 2010. – №10. – С.64-66.
2. Бутов А.Л. Регулятор мощности для электропаяльника в сетевой вилке // Электрик. – 2010. – №11-12. – С.56-57.

Author: Andrey Butov, S. Kurba, Yaroslavl region.