Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Принципиальная схема

Транзисторный регулятор напряжения (рис. 9.6) содержит минимум радиоэлементов, не вносит помех в электрическую сеть и работает на нагрузку как с активным, так и индуктивным сопротивлением. Его можно использовать для регулировки яркости свечения люстры или настольной лампы, температуры нагрева паяльника или электроплитки, скорости вращения электродвигателя вентилятора или дрели, напряжения на обмотке трансформатора. Устройство имеет следующие параметры: диапазон регулировки напряжения — от 0 до 218 В; максимальная мощность нагрузки при использовании в регулирующей цепи одного транзистора — не более 100 Вт.

Регулирующий элемент прибора — транзистор VT1. Диодный мост VD1. VD4 выпрямляет сетевое напряжение так, что к коллектору VT1 всегда приложено положительное напряжение. Трансформатор Т1 понижает напряжение 220 В до 5. 8 В, которое выпрямляется диодным блоком VD6 и сглаживается конденсатором С1.

Рис. Принципиальная схема мощного регулятора сетевого напряжения 220В.

Переменный резистор R1 служит для регулировки величины управляющего напряжения, а резистор R2 ограничивает ток базы транзистора. Диод VD5 защищает VT1 от попадания на его базу напряжения отрицательной полярности. Устройство подсоединяется к сети вилкой ХР1. Розетка XS1 служит для подключения нагрузки.

Регулятор действует следующим образом. После включения питания тумблером S1 сетевое напряжение поступает одновременно на диоды VD1, VD2 и первичную обмотку трансформатора Т1.

При этом выпрямитель, состоящий из диодного моста VD6, конденсатора С1 и переменного резистора R1, формирует управляющее напряжение, которое поступает на базу транзистора и открывает его. Если в момент включения регулятора в сети оказалось напряжение отрицательной полярности, ток нагрузки протекает по цепи VD2 — эмиттер-коллектор VT1, VD3. Если полярность сетевого напряжения положительная, ток протекает по цепи VD1 — коллектор-эмиттер VT1, VD4.

Значение тока нагрузки зависит от величины управляющего напряжения на базе VT1. Вращая движок R1 и изменяя значение управляющего напряжения, управляют величиной тока коллектора VT1. Этот ток, а следовательно, и ток, протекающий в нагрузке, будет тем больше, чем выше уровень управляющего напряжения, и наоборот.

При крайнем правом по схеме положении движка переменного резистора транзистор окажется полностью открыт и «доза» электроэнергии, потребляемая нагрузкой, будет соответствовать номинальной величине. Если движок R1 переместить в крайнее левое положение, VT1 окажется запертым и ток через нагрузку не потечет.

Управляя транзистором, мы фактически регулируем амплитуду переменного напряжения и тока, действующих в нагрузке. Транзистор при этом работает в непрерывном режиме, благодаря чему такой регулятор лишен недостатков, свойственных тирис-торным устройствам.

Для индикации обычно используются устройства индикации и модуль измерения на микроконтроллерах. Питание таких контроллеров лежит в пределах 3-5 В.

Лабораторный бп должен простоять под нагрузкой не менее 2 часов. После этого проверяют температуру корпусов трансформаторов, работу теплоотводов. При намотке трансформаторов для снижения шума при работе намотку обмоток осуществляют плотно виток к витку. Готовую конструкцию заливают парафином. При установке элементов на радиаторы места контактов промазывают теплопроводящей пастой.

В корпусе просверливают ряд отверстий, напротив теплоотводов, сверху дополнительно устанавливают кулер.

Регулятор мощности на симисторе

Симистор, по большому счету, — это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков — это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

• Пр. 1 — предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
• R3 — токоограничительный резистор — служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
• R2 — потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
• C1 — основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
• VD3 — динистор, открытие которого управляет симистором.
• VD4 — симистор — главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания. Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.

Разновидности

Инструкция, как сделать регулятор мощности, будет зависеть от выбранного конкретного типа этого устройства. Рассмотрим, какие бывают разновидности прибора на сегодняшний день.

• Фазовый. Один из самых распространенных, применяется в лампах. Его задача состоит в том, чтобы управлять яркостью свечения ламп накаливания, либо галогенных.
• Симисторный регулятор мощности подразумевает собой устройство, которое регулирует мощность путем изменения количества полупериодов напряжения, именно они воздействуют на нагрузку.
• Тристорные. Не пользуются большой популярностью, однако в некоторых случаях может стать незаменимой вещью. Принцип работы завязан на определенной задержке включения тристорного ключа в систему на полупериоде тока.

Регулятор хода. Один из самых высокотехнологичных. Позволяет плавно изменить показатели напряжения, снижая или повышая электрическую мощность, которая подается на электродвигатель или еще куда-либо.

Электронная нагрузка 60Вт 30В 10А с функцией теста емкости аккумуляторов ( ZPB30A1)

Электронная нагрузка – устройство, основное назначение которого, нагружать источники питания для проверки их характеристик и разряжать аккумуляторы для определения их реальной емкости. Электронная нагрузка представляет собой испытательное оборудование с двумя режимами работы: проверка емкости аккумуляторов и проверка характеристик блоков питания. Устройство имеет несколько видов защит, таких как, защита от перегрева, защита от подключения с обратной полярностью и другие, также может автоматически ограничивать ток, при превышении максимальной допустимой мощности. Для работы нагрузки необходим отдельный внешний источник питания с напряжением 12 Вольт, способный обеспечивать ток не менее 0,5 Ампера.

Особенности:

• Выбор одного из двух режимов работы: режим электронной нагрузки или режим проверки емкости аккумулятора.
• Большой радиатор с активным охлаждением, регулировка скорости вращения в зависимости от температуры радиатора
• Светодиодная индикация, отображающая текущие характеристики
• Удобное управление с помощью энкодера
• Зуммер
• Функция автоматического сохранения: может сохранять параметры конфигурации при отключении питания; восстановить все параметры и состояние после включения питания.
• Защита: защита от перегрева, защита от перегрузки, защита от превышения напряжения, защита от обратной полярности и контроль напряжения источника питания.

1. Данная нагрузка может работать как тестер аккумуляторов считая емкость и энергоемкость, при этом напряжение меряется автоматически схемой (за вычетом падения на проводах подключения) или автоматически переключается на измерение с помощью дополнительного провода (если он подключен). Во время измерения нагрузка показывает на нижнем индикаторе текущий ток, а на верхнем ( переключаясь емкость и энергоемкость к данному моменту ). По окончанию можно просмотреть оба параметра.
2. Так же она может работать в режиме только нагрузки. Плюс данного режима в том, что она показывает ток на нижнем индикаторе и напряжение на верхнем (при этом на верхнем индикаторе показывается только напряжение), что довольно удобно можно видеть “просадку” напряжения при изменении тока. В таком режиме она не меряет реальное напряжение на нагрузке через дополнительный кабель, а только напряжение, попадающее на схему нагрузки через подключаемые провода, таким образом напряжение измеряется не точно, учитывая падение на подключаемых проводах.
3. Переключение режимов осуществляется зажатием кнопки «старт» при включении.
4. Требования к источнику питания ограничиваются мощностью встроенного вентилятора. При старте нагрузка раскручивает его на максимум. Если напряжение “просядает” ниже положенного, то выводится ошибка. Поэтому нужен БП 12В выдающий минимум 0,2А-0,3А иначе нагрузка не включится.
5. Ток задается от 0,2А до 10А с шагом либо 0,1 либо 0,01 (шаг выбирается нажатием на ручку энкодера).
6. Мощность автоматически ограничивается снижением тока нагрузки.

Требования к источнику питания:

• Постоянное напряжение 12V напряжение (варьируется в пределах 11-14V )
• Ток не менее 0,5 А
• В случае несоответствия заданным требованиям – на экран будет выводится сообщение: ERR6
• Блок питания в комплект не входит.

Технические характеристики:

• Режим работы: CC – Constant Current, режим постоянного тока
• Ток разряда: 0.20-9.99A с шагом 0.1 А или 0.01A
• Максимальная погрешность тока разряда: 0,7% -0.01A
• Максимальная погрешность теста емкости: 0.5A 2,5%, 1,5% 2A, 5A и выше 1,2%
• Напряжение отсечки (прекращения работы): от 1.0 В до 25.0В с шагом 1V или 0,1 V
• Диапазон напряжения разряда: 1.00В-30.00В
• Максимальная погрешность измерения напряжения: 1% + — 0,02 В
• Максимальная мощность: 60 Вт
• Автоматическое ограничение максимального тока при достижении максимальной мощности, например, до 3А, при напряжении 20 В.
• Максимальные значения для тестирования емкости аккумуляторов:: 999.9Ah или 9999Wh, остановка тестирования при достижении установленного порога (при достижении минимального из этих двух значений, тест прекращается)
• Управление вентилятором осуществляется в автоматическом режиме
• Размер платы: 100 мм Х 70мм Х 57мм
• Размер вентилятора: 50 * 50 * 15 мм
• Общий размер: 105 * 70 * 55 мм
• Вес: 175 грамм

Защита:

• Защита от перегрева «otP»
• Защита от перезаряда «oPP»,
• Защита от превышения напряжения «ouP»
• Защита от неправильной полярности
• Защита источника напряжения питания

Инструкция по эксплуатации электронной нагрузки:

1. Настройка
Настройка устройства (по умолчанию включен режим электронной нагрузки)
Подключить к прибору блок питания, держа нажатой кнопку старт-стоп (красная кнопка) до вывода на дисплей надписи " Fun*". Далее вращением ручки, установить нужный режим:
«Fun1 » — режим электронной нагрузки, «Fun 2 » – режим теста емкости аккумулятора.

Нажмите кнопку старт-стоп до сигнала зуммера для сохранения настроек — установленный режим будет активирован при каждом следующем включении прибора, пока не будет сменен (так же прибор запоминает выставленные значения напряжения и тока, но не запоминает режим биппера).
Также, для настройки зуммера, поворотом ручки, установите режим
«bEon» – зуммер включен, «bEoF» – зуммер выключен.

2. Режим электронной нагрузки:
Подключите к прибору источник питания 12V, тестер загрузится в режиме электронной нагрузки, в остановленном состоянии («RUN» не горит, в противном случае нажмите на кнопку старт-стоп, чтобы выключить нагрузку).
Подключите испытуемый источник питания к тестовому порту (P + P — ) с соблюдением полярности подключения.

Установка значения тока и напряжения: Поверните ручку настройки чтобы установить значение текущего тока, сначала в целых, а после нажатия на ручку потенциометра — в десятых долях Ампер. О разрядности свидетельствует один из двух светодиодов, которые находятся между цифровыми индикаторами. О режиме настройки — один из боковых индикаторов с соответствующей подписью. Значение тока — устанавливается на нижнем индикаторе, напряжения — не верхнем.

После этого, аналогично надо установить значение нижнего допустимого порога напряжение — по достижении которого нагрузка отключится.

Нажмите кнопку старт-стоп, для старта работы нагрузки, после чего активируется красный диод с подписью «RUN».

Установленное значение тока разряда применяется к проверяемому источнику питания. В это время на верхнем дисплее будет отображаться фактическое входное напряжения тестируемого источника питания, когда напряжение падает ниже установленного предела диод «RUN» будет мигать одновременно с звуковым сигналом тревоги зуммера.
В ходе теста, ручкой потенциометра можно изменять значение нагрузочного тока, для изменения нижнего порога напряжения — нужно остановить тест кнопкой старт и установить нужное значение.

3. Режим тестирования емкости аккумулятора:

Перед началом тестирования, аккумуляторы должны быть заряжены при помощи соответствующего зарядного устройства.
Установите прибор в режим тестирования емкости аккумулятора, подключите контакты аккумулятора к разъемам тестового порта тока (P + P — ), если вы используете 4х проводный фиксатор аккумуляторов, то вторую пару проводов нужно подключить к тестовому порту напряжения ( V + V -).

Поверните ручку, чтобы установить ток разряда — целые, и десятые значения, аналогично тому как это было описано для режима электронной нагрузки. А так же напряжение разряда при котором нагрузка будет отключена, после ввода установок (они так же запоминаются), нажать кнопку старт.

После старта прибор автоматически определит режим работы 2-4 линии, при 2 линиях режим JS-2, при 4х — JS-4, в случае некорректного подключения – ERROR.

В случае ошибки остановите тест и проверьте проводку, и начните тест сначала.

В процессе тестирования, нижний индикатор прибора показывает текущий ток (режим CC), а верхний — по кругу будет выводить значения

• текущего напряжения аккумулятора в Вольтах
• Емкости в Ач
• Количество отданной энергии в Вч.

После достижения минимального напряжения, прибор отображает данные в Ач, которые будут быстро мигать сопровождаемые сигналом зуммера.

Нажмите кнопку старт-стоп или на кнопку энкодера на ручке, чтобы выключить зуммер. Далее можно повернуть ручку, чтобы посмотреть данные разряда:

• Емкость разряда Ач (на фото выше)
• Энергию разряда Wh
• Напряжение разряда V

Нажмите кнопку старт-стоп для сброса установок и возврата в исходные параметры настройки.

Дополнительная информация:

1. В процессе тестирования аккумулятора можно регулировать ток разряда, а если вам нужно перенастроить значение напряжения разряда, то можно приостановить процесс, нажав кнопку старт-стоп и изменить значение. При паузе прибор вернется на страницу настроек, но данные по процессу тестирования не теряются, если необходимо, вы можете долгим нажатием кнопки старт-стоп очистить данные до 0.000Ah).

2. Тестер автоматически сохраняет настройки параметров, и состояние процесса тестирования, в случае отказа источника питания, или отключения электричества, при возобновлении питания все данные восстанавливаются автоматически.

Вместо заключения

Нельзя утверждать, что тот или иной способ ограничения тока лучше или хуже. Каждый имеет свои достоинства и недостатки. Более того, применение каждого целесообразно или вовсе недопустимо в определенном конкретном случае. Например, применение плавкого предохранителя в выходной цепи импульсного блока питания в большинстве своем нецелесообразно, поскольку предохранитель как элемент защиты обладает недостаточным быстродействием. Говоря более простым языком – предохранитель может сгореть после того, как вследствие перегрузки придут в негодность силовые элементы блока питания.

В общем, выбор в пользу того или иного ограничителя должен производиться с учетом схемотехнических, а порой и конструктивных особенностей источника входного напряжения и особенностей нагрузки.