Застосування сучасної схемотехніки з використанням простих оригінальних рішень на традиційній елементній базі і на нових малогабаритних мікросхемах дозволяє виготовити компактні і зручні в експлуатації регулятори великої потужності. В даній статті описано кілька простих конструкцій регуляторів потужності навантаження до 5 кВт, які легко виготовити з доступних деталей.
Електронні регулятори потужності навантаження в даний час широко використовуються в промисловості та побуті для плавного регулювання швидкості обертання електродвигунів. температури нагрівальних приладів, інтенсивності освітлення приміщень електричними лампами, установки необхідного зварювального струму, регулювання зарядного струму акумуляторних батарей і т.п. Раніше для цього використовувалися громіздкі трансформатори і автотрансформатори зі ступінчастим або плавним перемиканням витків їх обмоток, що працюють на навантаження. Електронні регулятори більш компактні, зручні в експлуатації і мають малу вагу при значно більшої потужності. В основному, виконавчими елементами електронних регуляторів потужності змінного струму є: тиристор, симистор і оптотиристор, управління останнім здійснюється через вбудовану в нього оптопару, яка усуває гальванічний зв'язок між схемою управління і живильною електромережею.
Регулювання потужності цими елементами засноване на зміні фази включення симистора в кожній полуволне синусоїдальної напруги схемою управління. В результаті цього на навантаженні форма напруги являє собою «обрізки» полуволн синусоїди з крутими фронтами (рис.1). При цьому форма напруги на самому регуляторі потужності має вигляд, показаний на рис.2. Така форма сигналу має широкий спектр гармонік, які, поширюючись по електропроводці, можуть створювати перешкоди електронним пристроям: телевізорів, комп'ютерів, звуковідтворювальної апаратури тощо У зв'язку з цим на мережевих входах таких регуляторів потужності встановлюються RC- або RLC-фільтри.
пьютер, приймач FM і DVD-програвач з УМЗЧ Впливу перешкод на цю апаратуру не спостерігалося, але це не означає, що фільтри взагалі не потрібні. Ці регулятори потужності можуть створювати перешкоди електронної апаратури сусідів по під'їзду. Практичні дослідження поширення перешкод по електропроводці в сусідніх кімнатах за допомогою осцилографа показали, що при регулюванні потужності навантаження до 2 кВт досить RC-фільтра, що підтверджується схемами промислових виробів. Для регуляторів більшої потужності необхідно після RC-фільтра підключити LC-фільтр,
Принципова схема мережевого фільтра промислового регулятора потужності до 4 кВт типу РТ-4 УХЛ4.2 220В-1 Р30 показана на рис.3, монтаж регулятора - на рис.4. Кожна котушка містить 90 витків дроту ПЕВ-2 діаметром 1,5 мм, намотаного в два шари на каркасі, всередині якого розміщений феритовий сердечник з проникністю Ф600 діаметром 8 мм. Індуктивність котушки дорівнює 0,25 мГн. Регулятори потужності без фільтрів можуть використовуватися в гаражах, індивідуальних підсобних приміщеннях, дачах і т.п. тобто далеко від сусідів. Якщо регулятор потужності є окремим виробом і призначений для підключення навантажень різної потужності, користувачам важливо знати, що при одному і тому ж положенні ручки регулятора на різних навантаженнях буде різний напруга. З цієї причини перед підключенням навантаження регулятор потужності необхідно встановлювати в нульове положення. При необхідності контролювати напругу на навантаженні можна окремим або вбудованим вольтметром.
В Інтернеті та електротехнічних журналах наведено безліч різних схем електронних регуляторів потужності навантаження з практично однаковими функціями, але є й інші схемні рішення, наприклад регулятори, які не створюють перешкод. Ці регулятори видають пачки синусоїдальних струмів, тривалістю яких регулюється потужність в навантаженні. Схеми таких регуляторів щодо складні і можуть застосовуватися в якихось особливих випадках. Застосування подібних регуляторів в промисловості не зустрічалося. Переважна більшість регуляторів потужності побудовані за принципом фазового регулювання струму в навантаженні. Основна відмінність - схеми управління тиристорами і симисторами. Силова частина являє собою практично три варіанти: тиристор в діагоналі діодного моста, два зустрічно-паралельних тиристора і симистор. Схеми управління являють собою різні варіанти на транзисторах, мікросхемах, динисторах, газорозрядних приладах, одноперехідних транзисторах і т.п. частина яких приведена в [1-6]. Такі схеми містять багато деталей, щодо складні у виготовленні і налагодженні.
Регулятори на тиристорах
Найпростішим і широко використовуваним регулятором потужності був регулятор на тиристори, включеному в діагональ діодного моста і з простою схемою управління (рис.5). Принцип роботи цього регулятора дуже простий поки конденсатор С2 заряджається через R2 і R4, тиристор замкнений, при досягненні на С2 напруги відмикання тиристор відкривається і пропускає струм в навантаження, а С2 швидко розряджається через низьке
Рис.5 регулятор потужності на тиристори
Принципова схема такого регулятора з мережевим фільтром показана на рис.6. Недоліком таких схем є асиметрія позитивних і негативних імпульсів струму в навантаженні при розкиді параметрів тиристорів.
Асиметрія проявляється в початковій стадії відкривання тиристорів. Для нагрівальних приладів і електроінструмента з колекторними двигунами ця асиметрія практичної ролі не грає, а освітлювальні прилади при зменшенні їх яскравості починають блимати, так як імпульси якийсь полярності при цьому взагалі зникають. Для усунення цього недоліку необхідно підбирати тиристори з ідентичними параметрами по току відкривання і току утримання тиристорів від технологічного джерела постійного струму на відповідній навантаженні або шляхом підбору другого тиристора по відсутності миготіння лампи при мінімальному напруженні спіралі.
Однією з різновидів тиристорів є Оптотиристори, для управління якими при встречнопараллельно включенні може бути застосований принцип управління схеми рис.5 з поділом позитивних і негативних імпульсів за допомогою діодів або динисторов.
Рис.7, схема регулятора потужності на Оптотиристори
Регулятори на сімісторов
Особливий інтерес представляють сучасні схеми регуляторів потужності на сімісторов. Традиційні схеми управління симисторами містять відносно багато деталей, що наочно видно на монтажній платі промислового регулятора, показаної на рис.4. Наприклад, мікросхема КР1167КП1Б видає на керуючий електрод сімістора керуючі імпульси, показані на осциллограмме (рис.9). Принципова схема регулятора потужності із застосуванням даної мікросхеми, поширена серед запорізьких електриків, показана на рис. 10. Цей регулятор потужності без тепловідведення для VS1 може працювати на навантаження до 200 Вт
(Рис. 11), а з радіатором площею не менше 100 см 2 - до 2 кВт. Виявилося, що цю схему без втрати якості можна ще спростити. Спрощена схема регулятора з цієї мікросхемою показана на рис. 12. При використанні справних деталей ці схеми не вимагають налагодження.
Рис.10, схема регулятора потужності на сімісторов
При виготовленні регуляторів для приліжкові світильників виявилося, що деякі сімістори і мікросхеми мають дефекти, що впливають на симетричність імпульсів і, відповідно, на рівномірність регулювання світіння ламп, і навіть призводять до їх
миганню. Перепайка деталей на друкованій платі є неприємною процедурою і призводить до її псування. У зв'язку з цим була виготовлена перевірочна плата за схемою рис. 10 (без R1 і С1) з панелькой для однорядною мікросхеми, яка вирішила зазначені проблеми. До контактів 1 -2 друкованої плати підпоюють регу-
ліровочний резистор R5. Як навантаження підключають лампу розжарювання. Перед установкою деталей для перевірки плату в обов'язковому порядку відключають від електромережі.
На базі схеми рис.11 виготовлений портативний технологічний регулятор для різних робіт. Монтаж деталей показаний на фото на початку статті (нижня кришка знята). Схема зібрана в алюмінієвому корпусі, який також служить охолоджувачем симистора, ізольованим від корпусу слюдяною прокладкою і ізоляційної спецшайбой. Після кріплення симистора необхідно в обов'язковому порядку перевірити опір ізоляції між його анодом і корпусом, яке повинно бути не менше 1 МОм Даний регулятор при випробуванні протягом двох годин нормально працював без нагріву корпусу на навантаження потужністю 500 Вт.
На закінчення слід зазначити, що регулятори потужності навантаження, зібрані за схемами рис.6 і рис. 10, випробувані тривалою експлуатацією, найбільш оптимальні в частині надійності, компактності, простоти деталей, монтажу та наладки. З невеликими розкид параметрів тиристорів і асиметричністю параметрів сімісторов ці регулятори можуть працювати на всі типи навантажень відповідної потужності, крім освітлювальних приладів. Відхилення номіналів резисторів і конденсаторів від зазначених в схемах на 10. 20% на роботу регуляторів не впливають. Наведені схеми управління можуть працювати і з більш потужними тиристорами і симисторами в регуляторах потужності навантажень до 5 кВт. Регулятор потужності за схемою рис. 12 рекомендують застосовувати для освітлювальних приладів потужністю до 100 Вт без тепла. Робота цього регулятора на інші типи навантажень не випробовувалася, але імовірно він не повинен бути гірше регулятора, зібраного за схемою рис. 10.
1. Золотарьов С. Регулятор потужності // Радіо. -1989. - №11.
2. Карапетьянц В. Удосконалення регулятора потужності // Радіо. - 1986. -№11.