Фазовое регулирование — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 августа 2017; проверки требует 1 правка. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 28 августа 2017; проверки требует 1 правка. Регулирование угла открытия вентилей (угла альфа)
Тиристорный выпрямительФа́зовое регули́рование напряжения — способ регулирования переменного электрического напряжения, обычно синусоидальной формы, путём изменения угла открытия тиристоров, симисторов, тиратронов или иных ключевых электронных приборов, на которых собран выпрямитель или электрический ключ.
В результате изменения угла открытия на нагрузку подаются неполные полуволны синусоиды (обычно с отрезанной начальной частью полупериода), в результате такого регулирования снижается действующее напряжение.
Применяется для плавного пуска двигателей постоянного тока, управления током зарядки аккумуляторных батарей, регулирования яркости электрических источников света и других целей.
Достоинство фазового регулирования — относительная дешевизна (в качестве силовых ключей обычно используются наиболее распространённые и дешёвые управляемые элементы — незапираемые тиристоры или симисторы), простота цепей управления. Основные недостатки — искажение формы напряжения в питающей сети, большой коэффициент пульсаций выходного напряжения, низкий коэффициент мощности.
Искажение формы напряжения в питающей сети происходит из-за того, что в течение полупериода сопротивление нагрузки меняется (резко падает при открытии вентилей), в результате чего возрастает ток и увеличивается падение напряжения на сопротивлениях источника и сети. Форма напряжения становится несинусоидальной, что особенно неблагоприятно для асинхронных двигателей.
Один из популярных бытовых электроприборов приборов, в котором используется фазовое регулирование — тиристорный регулятор мощности (так называемый диммер), используемый для регулирования нагрева тёплых полов, отопительных электроприборов или регулировки яркости свечения ламп.На железнодорожном транспорте фазовое регулирование используется как в цепях зарядки аккумуляторных батарей, так и для управления тяговыми двигателями электровозов с питанием от контактной сети переменного тока, например, электровозы ВЛ80Р и ВЛ85, 2ЭС5К «Ермак» и ЭП1, экспериментального ЭП200.
Также бесконтактное управление игнитроном с помощью тиратронов имел довоенный (1938—1939 гг) экспериментальный электровоз ОР22.
Схемы устройств фазового регулирования[1]а — схема с углом регулирования до 90 градусов;
б — графики, иллюстрирующие принцип регулирования;
в — схема с фазосдвигающей RC-цепью.
- ↑ Кублановский Я. С. Тиристорные устройства — М.: Энергия, 1978. — 96 с.
- Касаткин А. С., Немцов М. В. Курс электротехники. М.: Высшая школа, 2005.
- Электровоз ВЛ80Р. Руководство по эксплуатации. Под редакцией Б. А. Тушканова. М., Транспорт, 1985.
- Андриевский Ю. А., Воскресенский Ю. Е., Доброленский Ю. П. М.: Авиационное оборудование. Воениздат, 1989.
ru.wikipedia.org
Схемы регуляторов мощности (диммеров) на симисторах
Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока. Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью «анодного» напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой — в момент прохождения отрицательной).
Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.
Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.
Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным
управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.
Рис.1
При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.
А теперь — как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается
через последовательно соединённые резисторы R1 и R2.
Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного
сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора — тем больше сдвиг по фазе.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.
Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.
Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и
обмотках трансформаторов),
симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми
электродами триака,
которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.
Рис.2
Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки
при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном
повышении регулируемой мощности от нуля до 3…5% от максимальной.
Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и,
тем самым, устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.
Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая
формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является
повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства,
выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1.
Рис.3
Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.
А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от
фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через
нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.
При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением
нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Рис.4
Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.
«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного
тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого числа периодов сетевого
напряжения. При таком способе регулирования с высокой точностью обеспечивается отсутствие постоянной составляющей напряжения на нагрузке,
вследствие чего дополнительно снижается уровень искажений, вносимых в электросеть. Это особенно важно в случае мощной нагрузки.
На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В. Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.
Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле Uпор ≈ Uпит∙R7/(2∙R4), где Uпит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны. Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно».
И конечно, было бы совсем неправильно не упомянуть о таком важном представителе симисторного семейства, как — оптосимистор.
Оптосимистор включается посредством освещения полупроводникового слоя и представляет собой комбинацию оптоизлучателя и
симистора в одном корпусе. Преимущество — простая однополярная схема управления и гальваническая изоляция цепей управления от
фаз сетевого напряжения.
Оптосимисторы могут коммутировать нагрузку как сами (Рис.5),
Рис.5
так и управлять более мощными симисторами (Рис.6).
Рис.6
За счёт полной гальванической развязки управляющих цепей оптосимистора, основное его предназначение — это управление
мощностью нагрузки при помощи логических устройств или микроконтроллеров с собственными цепями питания. 
Рис.7
В качестве примера на Рис.7 приведена схема регулятора мощности паяльника.
Вот, как работу этой схемы описывает уважаемый Falconist на странице сайта http://forum.cxem.net .
«Оптосимистор серии МОС204х/306х/308х содержит внутри себя схему пересечения питающим напряжением нуля, т.е. открывается только
в точке нулевого значения синусоидального сетевого напряжения, независимо от момента поступления управляющего напряжения на его светодиод.
Тем самым обеспечивается ключевой режим подключения нагрузки, с практически полным отсутствием ВЧ помех, проникающих в сеть 220 В.
Поэтому его замена на оптосимисторы МОС302х/305х, не имеющих такой схемы, крайне нежелательна, т.к. порочит сам принцип беспомехового
регулирования.
Конденсатор С1 является балластным реактивным сопротивлением. Ток, который он пропускает совместно с подключенным параллельно ему
резистором R1,приближенно составляет 16 мА. Данный ток используется для питания таймера DA1 и инфракрасного светодиода оптрона
DA2».
Работа таймера, формирующего управляющий сигнал для оптотиристора, аналогична работе DD1 на Рис.4 и сводится к формированию импульсов с изменяемой скважностью.
vpayaem.ru
простая схема симисторного и тиристорного устройства
Устройства, позволяющие управлять работой электрических приборов, подстраивая их под оптимальные характеристики для пользователя, прочно вошли в обиход. Одним из таких приспособлений является регулятор мощности. Применение таких регуляторов востребовано при использовании электронагревательных и осветительных приборов и в устройствах с двигателями. Схемотехника регуляторов разнообразна, поэтому порой бывает затруднительно подобрать себе оптимальный вариант.
Простейший регулятор энергии
Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.
Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:
металлическими;- жидкостными;
- угольными;
- керамическими.
металлическими;Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.
Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.
Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.
Виды современных устройств
Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.
На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:
- Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
- Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
- Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
- Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.
Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:
- плавность регулировки;
- рабочую и пиковую подводимую мощность;
- диапазон входного рабочего сигнала;
- КПД.
Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.
Тиристорный прибор управления
Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.
Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.
Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.
Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.
Симисторный преобразователь мощности
Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.
Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.
Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.
Фазовый способ трансформации
Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.
Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.
При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.
Практические примеры для повторения
Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.
Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.
Доминирующая схема
Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.
Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.
При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.
В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.
Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.
Контроллер нагрева паяльника
Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.
Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.
Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.
Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.
Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.
pochini.guru
Фазовый регулятор мощности для нагрузки 8…1000 Вт
Для регулирования потребляемой мощности работающих от сети 220 В/50 Гц ламп накаливания, электронагревательных приборов и коллекторных электродвигателей чаще всего применяют фазовые регуляторы мощности.
Для этого используют тиристорные, симисторные или аналогичные им устройства с силовыми ключами на мощных биполярных или полевых транзисторах, работающих по принципу фазового управления мощностью, подаваемой на нагрузку. Подобные устройства обычно относительно малогабаритны, имеют высокий КПД, просты в изготовлении и настройке.
На рис.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.
Рис. 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.
Конструкция и детали
Большинство деталей конструкции размещено на монтажной плате размерами 132×53 мм (рис.2).
Рис. 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.
Транзистор КТ502А можно заменить любым из серий КТ502, КТ6112, КТ6115, КТ639, SS8550, SS9012, 2SA643. Вместо КТ503 подойдёт любой из серий КТ503, КТ6111, КТ6113, КТ645, SS8050, 2SC2116, 2SD261, SS8050, SS9013. Указанные транзисторы имеют отличия в типе корпуса и цоколёвке выводов.
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(рис.3). 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.
Рис. 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.
Выключатель питания клавишный, рассчитанный на коммутируемый ток 12 А, обе группы контактов соединены параллельно.
Вид устройства в сборе показан на рис.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.
Рис. 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.
Литература
- Бутов А.Л. Симисторный регулятор-прерыватель тока нагрузки // Электрик. — 2010. — №10. — С.64-66.
- Бутов А.Л. Регулятор мощности для электропаяльника в сетевой вилке // Электрик. — 2010. — №11-12. — С.56-57.
Автор: Андрей Бутов, с. Курба, Ярославской обл.
Возможно, вам это будет интересно:
meandr.org
Весьма простой и полезный регулятор мощности 2000W
Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о весьма полезном регуляторе мощности/диммере, рассчитанном на 2000W и позволяющем регулировать выходную мощность всевозможных устройств. Переходник очень полезен в быту, имеет массу применений, поэтому кто заинтересовался, милости прошу под кат…Upd, добавил пару тестов с бОльшей нагрузкой
Общий вид:
Краткие ТТХ:
— Максимальная мощность – 2000W
— Напряжение питания – 50-220V
— Корпус — нет
— Размеры — 52мм*50мм*30мм
— Вес – 41г
Габариты:
Регулятор мощности/диммер поставляется в стандартном пакетике и имеет небольшие габариты. Вот сравнение с тысячной банкнотой и коробком спичек:
Внешний вид:
Регулятор имеет лишь один рабочий орган, позволяющий изменять выходную мощность больше или меньше:
Количество деталей небольшое, пайка хорошая, флюс отмыт:
Для подключения к сети/приборам, на плате распаян клеммник с защитными бортами:
По подключению все просто: две левые клеммы (IN) для подключения к сети 220V, две правые (OUT) для подключения нагрузки.
К сожалению, какого-либо корпуса устройство не имеет, поэтому при эксплуатации в таком виде будьте осторожны!
Тестирование:
В качестве примера попробуем регулировать мощность паяльника ЭПЦН-40, мощностью 40W:
Контролировать параметры будем самодельным ваттметром:
В номинальном режиме паяльник потребляет около 39W:
Минимально-возможная мощность с данным регулятором составила 10W:
Максимально-возможная мощность через регулятор – 38W:
Разницу в 1-2W можно скостить на потери в дополнительных проводах и различном входном напряжении, т.е. при положении регулятора в MAX, выходная мощность почти ничем не ограничивается.
Многие спросят, мол, зачем изменять мощность паяльника. Отвечу – для минимизации выгорания жала. При гораздо меньших размерах жала или при больших мощностях паяльника, при длительном нахождении его в режиме «ожидания», жало «выгорает». Если постоянно выключать питание паяльника, то необходимо будет ждать несколько минут, чтобы он опять нагрелся до нужной температуры. Согласитесь – не очень удобно. Данный регулятор, в свою очередь, лишь немного снижает температуру и для того, чтобы при необходимости довести параметры паяльника до номинальных, понадобится гораздо меньше времени, нежели при полном нагреве. При этом износ жала небольшой, разогревается до номинальной температуры за полминуты. На фото ниже установлена мощность около 30W:
По просьбам читателей добавляю небольшой тест с более мощной нагрузкой, которой выступает термофен KLT-3A. Самодельный ваттметр включил на выход регулятора.
При нагрузке 700W (ползунок регуляторов в MAX), радиатор симистора теплый, за 5 минут нагрелся до 35°С:
В таком режиме может работать продолжительное время. Во втором режиме термофена (ползунок регуляторов в MAX), за минуту температура достигла 50°С. Мощность при этом составила около 1350W:
При такой мощности, данного радиатора недостаточно для продолжительной работы, необходимо прикрутить более массивный радиатор или активное охлаждение (кулер). На мой взгляд, до 800-900W можно использовать регулятор «как есть», при бОльших мощностях и продолжительных режимах работы необходимо доработать охлаждение!
Еще пару примеров, регулятор выставлен в среднее положение:
Чуть больше среднего:
Весьма распространенные применения регулятора:
— Изменение оборотов коллекторных двигателей:
Подойдет в качестве бюджетного регулятора для большинства электроинструмента (УШМ/болгарки, дрели, перфораторы, рубанки, шлифмашинки). Очень удобная вешь для моделей, не имеющих встроенного регулятора оборотов или систем плавного пуска, например, тех же бюджетных болгарок с номинальными оборотами шпинделя 11000 об/мин. Единственное, что необходимо помнить – с понижением мощности, падает и крутящий момент на валу, плюс система охлаждения рассчитана под номинальные обороты и не будет должным образом охлаждать при сниженных оборотах. Есть риск спалить инструмент от перегрева
— Регулировка мощности ламп освещения – незаменимая вещь, когда выключение какой-то группы ламп неприемлемо. Регулятор позволяет плавно изменять яркость свечения в нужном месте
— Регулировка мощности нагревательных приборов: ТЭНы, паяльники
Итого, регулятор годный, радиатор практически не греется на небольших мощностях (до 800-900W), при бОльших мощностях желательно доработать охлаждение и дорожки на плате. регулятор дешевый, рекомендуется к приобретению…
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
mysku.ru
Трехфазный регулятор мощности с импульсно-фазовым управлением
Управление скоростью вращения однофазных двигателей
Однофазные асинхронные двигатели питаются от обычной сети переменного напряжения 220 В.
Наиболее распространённая конструкция таких двигателей содержит две (или более) обмотки – рабочую и фазосдвигающую. Рабочая питается напрямую, а дополнительная через конденсатор, который сдвигает фазу на 90 градусов, что создаёт вращающееся магнитное поле. Поэтому такие двигатели ещё называют двухфазные или конденсаторные.
Регулировать скорость вращения таких двигателей необходимо, например, для:
- изменения расхода воздуха в системе вентиляции
- регулирования производительности насосов
- изменения скорости движущихся деталей, например в станках, конвеерах
В системах вентиляции это позволяет экономить электроэнергию, снизить уровень акустического шума установки, установить необходимую производительность.
Способы регулирования
Рассматривать механические способы изменения скорости вращения, например редукторы, муфты, шестерёнчатые трансмиссии мы не будем. Также не затронем способ изменения количества полюсов обмоток.
Рассмотрим способы с изменением электрических параметров:
- изменение напряжения питания двигателя
- изменение частоты питающего напряжения
Регулирование напряжением
Регулирование скорости этим способом связано с изменением, так называемого, скольжения двигателя – разностью между скоростью вращения магнитного поля, создаваемого неподвижным статором двигателя и его движущимся ротором:
S=(n1-n2)/n2
n1 – скорость вращения магнитного поля
n2 – скорость вращения ротора
При этом обязательно выделяется энергия скольжения – из-за чего сильнее нагреваются обмотки двигателя.
Данный способ имеет небольшой диапазон регулирования, примерно 2:1, а также может осуществляться только вниз – то есть, снижением питающего напряжения.
При регулировании скорости таким способом необходимо устанавливать двигатели завышенной мощности.
Но несмотря на это, этот способ используется довольно часто для двигателей небольшой мощности с вентиляторной нагрузкой.
На практике для этого применяют различные схемы регуляторов.
Автотрансформаторное регулирование напряжения
Автотрансформатор – это обычный трансформатор, но с одной обмоткой и с отводами от части витков. При этом нет гальванической развязки от сети, но она в данном случае и не нужна, поэтому получается экономия из-за отсутствия вторичной обмотки.
На схеме изображён автотрансформатор T1, переключатель SW1, на который приходят отводы с разным напряжением, и двигатель М1.
Регулировка получается ступенчатой, обычно используют не более 5 ступеней регулирования.
Преимущества данной схемы:
- неискажённая форма выходного напряжения (чистая синусоида)
- хорошая перегрузочная способность трансформатора
Недостатки:
- большая масса и габариты трансформатора (зависят от мощности нагрузочного мотора)
- все недостатки присущие регулировке напряжением
Тиристорный регулятор оборотов двигателя
В данной схеме используются ключи – два тиристора, включённых встречно-параллельно (напряжение переменное, поэтому каждый тиристор пропускает свою полуволну напряжения) или симистор.
Схема управления регулирует момент открытия и закрытия тиристоров относительно фазового перехода через ноль, соответственно “отрезается” кусок вначале или, реже в конце волны напряжения.
Таким образом изменяется среднеквадратичное значение напряжения.
Данная схема довольно широко используется для регулирования активной нагрузки – ламп накаливания и всевозможных нагревательных приборов (так называемые диммеры).
Ещё один способ регулирования – пропуск полупериодов волны напряжения, но при частоте в сети 50 Гц для двигателя это будет заметно – шумы и рывки при работе.
Для управления двигателями регуляторы модифицируют из-за особенностей индуктивной нагрузки:
- устанавливают защитные LRC-цепи для защиты силового ключа (конденсаторы, резисторы, дроссели)
- добавляют на выходе конденсатор для корректировки формы волны напряжения
- ограничивают минимальную мощность регулирования напряжения – для гарантированного старта двигателя
- используют тиристоры с током в несколько раз превышающим ток электромотора
Достоинства тиристорных регуляторов:
- низкая стоимость
- малая масса и размеры
Недостатки:
- можно использовать для двигателей небольшой мощности
- при работе возможен шум, треск, рывки двигателя
- при использовании симисторов на двигатель попадает постоянное напряжение
- все недостатки регулирования напряжением
Стоит отметить, что в большинстве современных кондиционеров среднего и высшего уровня скорость вентилятора регулируется именно таким способом.
Транзисторный регулятор напряжения
Как называет его сам производитель – электронный автотрансформатор или ШИМ-регулятор.
Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы – полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT).
Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность.
Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.
Выходной каскад такой же как и у частотного преобразователя, только для одной фазы – диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.
Плюсы электронного автотрансформатора:
- Небольшие габариты и масса прибора
- Невысокая стоимость
- Чистая, неискажённая форма выходного тока
- Отсутствует гул на низких оборотах
- Управление сигналом 0-10 Вольт
Слабые стороны:
- Расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора)
- Все недостатки регулировки напряжением
Частотное регулирование
Ещё совсем недавно (10 лет назад) частотных регуляторов скорости двигателей на рынке было ограниченное количество, и стоили они довольно дорого. Причина – не было дешёвых силовых высоковольтных транзисторов и модулей.
Но разработки в области твердотельной электроники позволили вывести на рынок силовые IGBT-модули. Как следствие – массовое появление на рынке инверторных кондиционеров, сварочных инверторов, преобразователей частоты.
На данный момент частотное преобразование – основной способ регулирования мощности, производительности, скорости всех устройств и механизмов приводом в которых является электродвигатель.
Однако, преобразователи частоты предназначены для управления трёхфазными электродвигателями.
Однофазные двигатели могут управляться:
- специализированными однофазными ПЧ
- трёхфазными ПЧ с исключением конденсатора
Преобразователи для однофазных двигателей
В настоящее время только один производитель заявляет о серийном выпуске специализированного ПЧ для конденсаторных двигателей – INVERTEK DRIVES.
Это модель Optidrive E2
Для стабильного запуска и работы двигателя используются специальные алгоритмы.
При этом регулировка частоты возможна и вверх, но в ограниченном диапазоне частот, этому мешает конденсатор установленный в цепи фазосдвигающей обмотки, так как его сопротивление напрямую зависит от частоты тока:
Xc=1/2πfC
f – частота тока
С – ёмкость конденсатора
В выходном каскаде используется мостовая схема с четырьмя выходными IGBT транзисторами:
Optidrive E2 позволяет управлять двигателем без исключения из схемы конденсатора, то есть без изменения конструкции двигателя – в некоторых моделях это сделать довольно сложно.
Преимущества специализированного частотного преобразователя:
- интеллектуальное управление двигателем
- стабильно устойчивая работа двигателя
- огромные возможности современных ПЧ:
- возможность управлять работой двигателя для поддержания определённых характеристик (давления воды, расхода воздуха, скорости при изменяющейся нагрузке)
- многочисленные защиты (двигателя и самого прибора)
- входы для датчиков (цифровые и аналоговые)
- различные выходы
- коммуникационный интерфейс (для управления, мониторинга)
- предустановленные скорости
- ПИД-регулятор
Минусы использования однофазного ПЧ:
- ограниченное управление частотой
- высокая стоимость
Использование ЧП для трёхфазных двигателей
Стандартный частотник имеет на выходе трёхфазное напряжение. При подключении к ему однофазного двигателя из него извлекают конденсатор и соединяют по приведённой ниже схеме:
Геометрическое расположение обмоток друг относительно друга в статоре асинхронного двигателя составляет 90°:
Фазовый сдвиг трёхфазного напряжения -120°, как следствие этого – магнитное поле будет не круговое , а пульсирующее и его уровень будет меньше чем при питании со сдвигом в 90°.
В некоторых конденсаторных двигателях дополнительная обмотка выполняется более тонким проводом и соответственно имеет более высокое сопротивление.
При работе без конденсатора это приведёт к:
- более сильному нагреву обмотки (срок службы сокращается, возможны кз и межвитковые замыкания)
- разному току в обмотках
Многие ПЧ имеют защиту от асимметрии токов в обмотках, при невозможности отключить эту функцию в приборе работа по данной схеме будет невозможна
Преимущества:
- более низкая стоимость по сравнению со специализированными ПЧ
- огромный выбор по мощности и производителям
- более широкий диапазон регулирования частоты
- все преимущества ПЧ (входы/выходы, интеллектуальные алгоритмы работы, коммуникационные интерфейсы)
Недостатки метода:
- необходимость предварительного подбора ПЧ и двигателя для совместной работы
- пульсирующий и пониженный момент
- повышенный нагрев
- отсутствие гарантии при выходе из строя, т.к. трёхфазные ПЧ не предназначены для работы с однофазными двигателями
Трехфазные регуляторы мощности WATT
Трехфазный тиристорный регулятор мощности WATT используется в системах автоматического изменения и контроля температуры, являющихся частью электронагревательных установок.
Представленное устройство считается незаменимым в электрических цепях, характеризующихся резистивной, индуктивной или резистивной нагрузкой.
Оно дает возможность изменять мощность в нагрузке при помощи управляющего сигнала.
Структура трехфазных тиристорных регуляторов мощности WATT и основные сферы использования
На сегодняшний день тиристорный регулятор мощности WATT применяется практически во всех сферах промышленности, где требуется управлять крупными индуктивными и активными нагрузками, к примеру, при переработке пластмасс, в промышленных печах, на транспорте. Это оборудование состоит из включенных встречно-параллельно силовых тиристоров, электроники управления и радиатора. Следует заметить, что микропроцессорное управление отделено от силовых схем.
Используемые регуляторы содержат специализированные ограничители тока и различные алгоритмы для нагревательных карбидных, кремниевых и суперканталовых элементов. Современные контролеры на этих приборах могут иметь до пяти разных входов управления на выбор пользователя.
Особенности оборудования
Классификация
МодельW5
W5 серия
Метод управления
SP
Однофазный регулятор с фазовым управлением
SZ
Однофазный регулятор с коммутацией при переходе через ноль
TP
Трехфазный регулятор с фазовым управлением
TZ
Трехфазный регулятор с 2-мя управляемыми фазами с коммутацией при переходе через ноль
ZZ
Трехфазный регулятор с 3-мя управляемыми фазами с коммутацией при переходе через ноль
Питающее напряжение
1V
110VAC (Только для однофазных регуляторов)
4V
200~480VAC
Номинальный ток нагрузки
030
30A
100
100A
230
230A
580
580A
045
45A
125
125A
300
300A
720
720A
060
60A
150
150A
380
380A
080
80A
180
180A
450
450A
Вспомогательное питание
1
1ф 110VAC
2
1ф 220VAC
Управляющий сигнал
0~5VDC
4
4~20mA
1
1~ 5VDC
5
0~20mA
2
2~10VDC
M
Ручное управление
3
0~10VDC
*
Возможны другие варианты (под заказ)
Время плавного пуска
C
2 сек. (Только для регуляторов с коммутацией при переходе через ноль)
J
1~22 сек. (Для регуляторов с фазовым управлением)
Код спецификации
TF
Активно-индуктивная нагрузка*
CL
С функцией ограничения тока
CV
Фиксированное напряжение
* Все регуляторы мощности серии ТР имеют эту функции по умолчанию.
Варианты исполнений регулятора мощности трехфазного
Номинальный ток, А
С фазовым управлением, регулировка 3-х фаз
С коммутацией при переходе тока через ноль, 3-х фаз
С коммутацией при переходе тока через ноль, 2-х фаз
30
W5ТP4V030-24J
W5ZZ4V030-24C
W5TZ4V030-24C
45
W5ТP4V045-24J
W5ZZ4V045-24C
W5TZ4V045-24C
60
W5ТP4V060-24J
W5ZZ4V060-24C
W5TZ4V060-24C
80
W5ТP4V080-24J
W5ZZ4V080-24C
W5TZ4V080-24C
100
W5ТP4V100-24J
W5ZZ4V100-24C
W5TZ4V100-24C
125
W5ТP4V125-24J
W5ZZ4V125-24C
W5TZ4V125-24C
150
W5ТP4V150-24J
W5ZZ4V150-24C
W5TZ4V150-24C
180
W5ТP4V180-24J
W5ZZ4V180-24C
W5TZ4V180-24C
230
W5ТP4V230-24J
W5ZZ4V230-24C
W5TZ4V230-24C
300
W5ТP4V300-24J
W5ZZ4V300-24C
W5TZ4V300-24C
380
W5ТP4V380-24J
W5ZZ4V380-24C
W5TZ4V380-24C
450
W5ТP4V450-24J
W5ZZ4V450-24C
W5TZ4V450-24C
580
W5ТP4V580-24J
W5ZZ4V580-24C
W5TZ4V580-24C
720
W5ТP4V720-24J
W5ZZ4V720-24C
W5TZ4V720-24C
Клеммный разъем
КлеммаОписаниеПримечание
FS
Определение выгорания предохранителей
Клемма для подключения силового не коммутируемого проводника
M
+5VDC
Только для этой платы управления, не использовать для других сигналов управления
+
Положительная клемма входного сигнала
Где нет маркировки установка по умолчанию 4-20мА
–
Отрицательная клемма входного сигнала
E3
Подключение выносного потенциометра
Регулировка выхода 0-100%, Уберите перемычку между клеммами Е2 и Е3 если будете управлять выносным потенциометром (2-10кОм)
E2
E1
NC
Выход сигнализации (нормально закрытый)
Ток нагрузки сигнализации:2A
COM
Выход сигнализации (общий)
NO
Выход сигнализации (нормально открытый)
AC1
Вспомогательное питание
Можно подключить к 1-ой фазе питающего напряжения и нолю
AC2
Схема подлючения трехфазных регуляторов мощности TP, ZZ
Схема подлючения трехфазных регуляторов мощности TZ
Трехфазный регулятор мощности с импульсно-фазовым управлением
Зачастую востребованной является схема управления мощностью с минимальным интервалом отсутствия подачи напряжения.
Примерами таких ситуаций может быть управление группами ламп накаливания, особо чувствительных к колебаниям в сети нагревателей, сварочным оборудованием, электроприводом, мощными электромагнитами с трехфазным питанием.
В данном случае, ценой искажения синусоидального напряжения, добиваются минимальных интервалов паузы.
Для примера можно обратиться на следующую тему форума, где автор темы Vusa применил схему импульсно-фазового управления трехфазным трансформатором для реализации сварочного процесса. Автор этой темы дал ссылку на журнал Радио, где исходная схема была опубликована ещё в далеком 1986 году №8.
В настоящей статье делается попытка более простой, на мой взгляд, реализации этого метода импульсно-фазового управления, что, в немалой степени, достигается применением оптосимисторов вместо импульсных трансформаторов при совместном управлении трехфазным напряжением.
Эта схема была применена для управления питанием выпрямителя типа ВАКР регулирования тока гальванического процесса. ВАКР представляет собой мощный трехфазный трансформатор, к вторичной обмотке которого (~24В), подключен выпрямитель на ток 1000 и более ампер. Выпрямитель состоял из тиристоров таблеточного типа с возможностью переполюсовки, т.е.
смены полярности выпрямляемого напряжения, что необходимо для реализации требуемого гальванического процесса. Регулирование выполнялось по вторичной сети силового трансформатора и, для формирования требуемых сигналов управления силовыми тиристорами, применялись симисторы меньшей, промежуточной мощности (обозначены на схеме как V1, V2 и V3).
Способ переполюсовки оставим, как говориться, «за кадром», концентрируя внимание на принципе работы самой схемы импульсно-фазового управления, поскольку, именно эта ее часть является универсальной и применимой в различных областях, выше указанных.
Рис. 1
Единое для всех фаз управление задается частотой генератора на DD1.1 , которая находится в пределах 10000 – 2000 Гц. Частота генератора поступает на три счетчика импульсов DD2, DD3, DD4 с коэффициентом пересчета 16 .
Поскольку сброс каждого счетчика осуществляется синхроимпульсом «своей» фазы, формируемая счетчиками паузы оказываются синхронизированы с соответствующими переходами фазных напряжений через ноль.
При появлении старшего разряда счетчика имеем импульс управления симистором соответствующей фазы, очевидно, длительностью, которая зависит от частоты задающего генератора DD1 . После заполнения всех разрядов происходит переполнение счетчика и процесс циклически повторяется (до прихода «сбросового» импульса синхронизации).
Таким образом, каждый счетчик является своеобразным задатчиком паузы от перехода напряжения через ноль до подачи импульса управления. Для формирования импульсов перехода через ноль применены трансформаторы Т1-Т3, на одном из которых формируется напряжение питания схемы.
Эти трансформаторы, одним полюсом, естественно, подключаются к первичному напряжению соответствующей фазы и могут быть заменены на общий трансформатор трехфазного исполнения.
Если управление предполагается осуществлять силовыми тиристорами (симисторами) по вторичной стороне, то для формирования синхроимпульсов вполне подойдет напряжение силового трансформатора. И, напротив, при управлении на первичных напряжениях можно обойтись и без трансформаторов, реализуя варианты формирования синхроимпульсов описанных в [ 1 ] , с помощью резисторов с стабилитроном и диодами и такая схема формирования синхроимпульсов будет даже предпочтительнее, поскольку получаемые с ее помощью синхроимпульсы будут более четко выраженными и короткими по времени.
Несмотря на тот факт, что схема рис 1 формирует повторяющиеся импульсы управления (при высоких частотах генератора D1) с длительностью, которая увеличивается с уменьшением частоты задающего генератора D1, этих свойств схемы может оказаться недостаточно для управления нагрузкой с значительной индуктивной составляющей (трансформатор, электромагнит, электродвигатель, ( гальванический раствор- чисто активная нагрузка)). В этом случае большей универсальностью может обладать схема, представленная на рис 2. Здесь, после прихода первого управляющего импульса со счетчика происходит его фиксация с помощью соответствующего RS триггера до конца текущего полупериода. Сброс триггеров, очевидно, будет происходить по приходу нулевого напряжения соответствующей фазы.
Рис. 2
Рассмотрим, наконец, как с помощью описанного регулятора можно реализовать устройство плавного пуска асинхронного электродвигателя. Устройства плавного пуска УПП являются одними из наиболее востребованных в приводной технике. От них зависит долговечность работы, связанных с электроприводом механических систем.
Часто вместо УПП устанавливают частотный привод, что не всегда оказывается экономически оправдано. Чтобы превратить наш регулятор (рис 1 ) в УПП , следует обратить внимание на генератор DD1.
1/ В литературе [ 2] приведены схемы использования полевых транзисторов для регулирования частоты генераторов, выполненных на логических микросхемах.
Если следовать данным рекомендациям, то в качестве управляющего сигнала, для частоты УПП можно использовать факт подачи напряжения питания на регулятор и, соответственно, сформировать плавное изменение частоты этого генератора от минимальной частоты до максимальной в течение желаемого промежутка времени.
Рис. 3
На Рис 3 отдельно показан генератор с возможностью плавного увеличения частоты генерации от момента подачи питания. Напряжение на конденсаторе с2 растет по закону экспоненты по времени, которое зависит от параметров резистора R3 и конденсатора С2.
После выключения устройства конденсатор С2 быстро разряжается через диод VD, подготавливая схему к повторному включению. При необходимости не экспоненциального, а , к примеру , линейного закона изменения частоты генератора заряд емкости С2 осуществляют через генератор тока.
Практически любая желаемая траектория изменения частоты реализуется на базе микроконтроллеров, с формированием аналогового сигнала либо с помощью скоростного ШИМ, либо, – с помощью отдельного интегрального ЦАП.
В заключение отметим несколько «подводных камней» о которых следует не забывать, имея дело с трехфазными регуляторами мощности с импульсно-фазовым управлением.
Литература:
Список радиоэлементов
ОбозначениеТипНоминалКоличествоПримечаниеМагазинМой блокнот
DD1.1
Вентиль
CD4093B
1
Поиск в магазине
В блокнот
DD2-DD4
КМОП счетчик
К176ИЕ2
3
Поиск в магазине
В блокнот
D1-D3
Выпрямительный диод
KBL04
3
Диодный мост
Поиск в магазине
В блокнот
VT1-VT6
Биполярный транзистор
BC547C
6
Поиск в магазине
В блокнот
VD1-VD3
Оптопара
MOC3023
3
Поиск в магазине
В блокнот
VD4
Стабилитрон
Д814Б
1
Поиск в магазине
В блокнот
VD5
Выпрямительный диод
1N4148
1
Поиск в магазине
В блокнот
V1-V3
Симистор
BT136-600
3
Поиск в магазине
В блокнот
LD1-LD3
Светодиод
АЛС307А
3
Поиск в магазине
В блокнот
С1
Конденсатор
КМ-10-2.2нФ
1
Поиск в магазине
В блокнот
С2
Конденсатор
К50-35-22мкФ
1
Поиск в магазине
В блокнот
R1
Переменный резистор
СПО-200К
1
Поиск в магазине
В блокнот
R2
Резистор
27 кОм
20
Номиналы см. рис1
Поиск в магазине
В блокнот
R3, R6, R9
Резистор
20 кОм
4
Поиск в магазине
В блокнот
R5, R8, R11
Резистор
10 кОм
3
Поиск в магазине
В блокнот
R4, R10, R7
Резистор
4.7 кОм
3
Поиск в магазине
В блокнот
R13, R15, R17
Резистор
1 кОм
3
Поиск в магазине
В блокнот
R18, R19, R20
Резистор
160 Ом
3
Поиск в магазине
В блокнот
R12, R14, R16
Резистор
10 кОм
1
Поиск в магазине
В блокнот
R21
Резистор
510 Ом
1
МЛТ-1
Поиск в магазине
В блокнот
Добавить все
Скачать список элементов (PDF)
регуляторы мощности SIPIN TECHNOLOGY
Тиристорные регуляторы мощности (SIPIN):
1-фазные, фазовое управление, 180-480В AC, без доп U пит:
Основные особенности
- Тиристорный регулятор мощности (далее по тексту модуль) оснащен быстродействующим предохранителем для предотвращения выхода из строя при токе короткого замыкания (большом di/dt).
- Модуль выполнен в закрытом корпусе небольшого размера, удобном для монтажа и подключения.
- Различные режимы работы индицируются отдельными светодиодами, что удобно для поиска неисправности.
- Маленькая нелинейность выходной характеристики обеспечивает возможность точного управления температурой.
- Высокое качество и технический уровень обеспечивают отсутствие электрических помех.
1-однофазные, фазовое управление, 210-240В AC:
1-однофазные, фазовое управление, 340-480В AC:
1-однофазные, c контролем перехода тока через ноль, 210-240В AC:
1-однофазные, c контролем перехода тока через нуль, 380-480В AC:
3-трехфазные, фазовое управление, 210-240В AC:
3-трехфазные, фазовое управление, 340-480В AC:
3-трехфазные, c контролем перехода тока через ноль, 210-240В AC:
3-трехфазные, c контролем перехода тока через нуль, 380-480В AC:
Скачать софт и документацию с сайта компании SIPIN TECHNOLOGY CO., LTD. Taiwan Products
Перейдя по ссылкам ниже: http://www.scr.com.tw/
1.Обозначения и спецификация
Серия.
W2
W2 Series
Режим управления
P
1Ø,3Ø phase angle control
Z
1Ø,3Ø Zero crossing control
Напряжение сети
2V
1Ø,3Ø 200-240VAC
4V
1Ø,3Ø 340-480VAC
Диапазон токов
030
30A
050
50A
075
75A
100
100A
125
125A
150
150A
180
180A
225
225A
300
300A
400
400A
500
500A
600
600A
Dash
–
Источник питания
1
1Ø 110VAC
2
1Ø 220VAC
Входной сигнал управления
0~5VDC
1
1~5VDC
2
2~10VDC
3
0~10VDC
4
4~20mA
M
Manual
Наличие функции плавного пуска
C
Soft start 2 sec
T
Soft start 8 sec
S
Soft start 30 sec
N
No Soft start
2. Функции настройки:BIAS VR output adjustment of basic voltage ( 6mA )MAX VR Настройка выхода ( 0~100% )
3. Выбор источника сигнала4~20mA Джампер P1 в положении S11~5VDC, Ручное управление Джампер P1 в положении S22~10VDC, 0~10VDC Джампер P1 в положении S3
4. Описание индикаторов:PL(L1) : Индикация сети (Светится при включении сети)IN(L2) : Индикация прохождения сигнала управления (Свечение в соответствии с уровнем сигнала управления от TIC)OUT(L3) : Индикация выходного напряжения (Свечение в соответствии с уровнем выходного напряжения)TH(L4) : Перегрев (Свечение при перегреве тиристоров)
FB(L5) : Перегорание предохранителя/ошибка сети. (Индикатор светится при перегорании предохранителя или падении сетевого напряжения)
LED lamp indication and trouble shooting
Pos. NO.
Color
Indicating condition
Causes of malfunction
Treatment and trouble shooting
PL
(L1)
Green
No indication of power supply lamp.
Lamp lighting means normal.
- No power of Aux. source.
- Malfuntion on PCB board.
- Over temperature of SCR.
- Check the Aux. power supply.
- Repair or replace the PCB board.
- Check the SCR temperature.
IN
(L2)
Green
No indication of input lamp.
Lamp lighting means normal.
- No output signal from TIC.
- Output signal from TIC is reverse.
- Max value of internal output or External VR is zero setted.
- Check the output signal of TIC.
- Reverse the connect wiring of TIC.
- Check the setting of internal and external VR output.
OUT
(L3)
Red
No indication of output lamp.Phase angle control-lamp lighting means normal.
Zero crossing control-lamp blinks means normal.
- No output signal from TIC or reverse the connecting of output signal
- Lamp IN lighting and lamp OUT on indication.
- Lamp OUT lighting but no current output.
- Check the lamp IN, NO indication means no output signal from TIC or reverse wired.
- Repair or replace the PCB board in case of the malfunction from the board.
- Check main power supply of fuse.
ERR
(L4)
Yellow
Over-temp of SCR lamp light.
Lamp lighting means SCR over temp.
- Malfunction or dirt blocking on the ventilation fan.
- High ambient temperature or poor ventilation.
- Replace or clean the dirt of the impeller.
- Improve the ventilation condition.
Если внешний переменный резистор не используется необходимо замкнуть Е1 и E3
Инструкция по эксплуатации
- Основные особенности
- Обозначения и спецификация
- Схемы включения
- Габаритные и монтажные размеры
Руководство в формате PDF =>
Телефон : +7 (495) 984-51-05 (Москва), +7 (812) 640-46-90 (Санкт-Петербург), E-mail: [email protected], Время работы: с 9.00 до 18.00 (без обеда).
freshgeek.ru
Симисторный регулятор мощности с микроконтроллерным управлением / Habr
Однажды для одного небольшого домашнего проекта мне потребовался регулятор мощности, пригодный для регулировки скорости вращения электромотора переменного тока. В качестве основы использовалась вот такая плата на базе микроконтроллера STM32F103RBT6. Плата была выбрана как имеющая честный RS232 интерфейс и имеющая при этом минимум дополнительных компонентов. На плате отсутствует слот под литиевую батарейку для питания часов, но приживить его — дело пятнадцати минут.Итак, начнём с теории. Все знакомы с так называемой широтно-импульсной модуляцией, позволяющей управлять током в (или, что реже, напряжением на) нагрузке с максимальным КПД. Лишняя мощность в таком случае просто не будет потребляться, вместо того, чтобы рассеиваться в виде тепла, как при линейном регулировании, представляющем собой не более чем усложнённый вариант реостата. Однако, по ряду причин такое управление, будучи выполненным «в лоб», не всегда подходит для переменного тока. Одна из них — бо́льшая схемотехническая сложность, поскольку требуется диодный мост для питания силовой части на MOSFET или IGBT транзисторах. Этих недостатков лишено симисторное управление, представляющее собой модификацию ШИМ.
Симистор (TRIAC в англоязычной литературе) — это полупроводниковый прибор, модификация тиристора, предназначенный для работы в качестве ключа, то есть он может быть либо открыт, либо закрыт и не имеет линейного режима работы. Основное отличие от тиристора — двусторонняя проводимость в открытом состоянии и (с некоторыми оговорками) независимость от полярности тока (тиристоры и симисторы управляются током, как и биполярные транзисторы) через управляющий электрод. Это позволяет легко использовать симистор в цепях переменного тока. Вторая особенность, общая с тиристорами, — это свойство сохранять проводимость при исчезновении управляющего тока. Закрывается симистор при отключении тока между основными электродами, то есть, когда переменный ток переходит через ноль. Побочным эффектом этого является уменьшение помех при отключении. Таким образом, для открывания симистора нам достаточно подать на управляющий электрод открывающий импульс небольшой, порядка десятков микросекунд, длительности, а закроется он сам в конце полупериода переменного тока.
Симисторное управление учитывает вышеперечисленные свойства этого прибора и заключается в отпирании симистора на каждом полупериоде переменного тока с постоянной задержкой относительно точки перехода через ноль. Таким образом, от каждого полупериода отрезается «ломтик». Заштрихованная на рисунке часть — результат этой процедуры. Таким образом, на выходе вместо синусоиды мы будем иметь что-то, в известной степени напоминающее пилу:
Теперь наша задача — вовремя отпирать симистор. Эту задачу мы возложим на микроконтроллер. Приведённая ниже схема является результатом анализа имеющихся решений а также документации к оптронам. В частности, силовая часть взята из документации на симисторный оптрон производства Texas Instruments. Схема не лишена недостатков, один из которых — мощный проволочный резистор-печка, через который включён оптрон, детектирующий переход через ноль.
Как это работает? Рассмотрим рисунок.
На положительном полупериоде, когда ток через оптрон превышает некоторое пороговое значение, оптрон открывается и напряжение на входе микроконтроллера опускается практически до нуля (кривая «ZC» на рисунке). Когда же ток снова опускается ниже этого значения, на микроконтроллер снова поступает единица. Происходит это в моменты времени, отстоящие на dz от нуля тока. Это dz ощутимо, в моём случае составляет около 0.8 мс, и его необходимо учитывать. Это несложно: мы знаем период T и длительность импульса высокого уровня h, откуда dz = (h — T / 2) / 2. Таким образом, нам необходимо открывать симистор через dz + dP от переднего фронта сигнала с оптрона.
О фазовом сдвиге dP стоит поговорить отдельно. В случае c ШИМ постоянного тока среднее значение тока на выходе будет линейно зависеть от скважности управляющего сигнала. Но это лишь потому, что интеграл от константы даёт линейную зависимость. В нашем случае необходимо отталкиваться от значения интеграла синуса. Решение простого уравнения даёт нам искомую зависимость: для линейного изменения среднего значения тока необходимо менять фазовый сдвиг по закону арккосинуса, для чего достаточно ввести в управляющую программу LUT таблицу.
Всё, о чём я расскажу в дальнейшем, имеет прямое отношение к архитектуре микроконтроллеров серии STM32, в частности, к архитектуре их таймеров. Микроконтроллеры этой серии имеют разное число таймеров, в STM32F103RBT6 их семь, из которых четыре пригодны для захвата и генерации ШИМ. Таймеры можно каскадировать: для каждого таймера одно из внутренних событий (переполнение, сброс, изменение уровня на одном из входных или выходных каналов и т.д.; за подробностями отсылаю вас к документации) можно объявить выходным и направить его на другой таймер, назначив на него определённое действие: старт, стоп, сброс и т.д. Нам потребуются три таймера: один из них, работая в т.н. PWM input режиме, замеряет период входного сигнала и длительность импульса высокого уровня. По окончании измерения, после каждого периода генерируется прерывание. Одновременно с этим запускается связанный с этим событием таймер фазового сдвига, работающий в ждущем режиме. По событию переполнения этого таймера происходит принудительный сброс таймера, генерирующего выходной управляющий сигнал на симистор, таким образом, через каждый полный период переменного тока подстраивается фаза управляющего сигнала. Только первый таймер генерирует прерывание, и задача обработчика сводится к подстройке фазового сдвига (регистр ARR ждущего таймера) и периода ШИМ таймера (также регистр ARR) так, чтобы он всегда был равен половине периода переменного тока. Таким образом, всё управление происходит на аппаратном уровне и влияние программных задержек полностью исключается. Да, это можно было сделать и программно, но грех было не воспользоваться такой возможностью, как каскадируемые таймеры.
Выкладывать на обозрение код всего проекта я не вижу смысла, к тому же, он далёк от завершения. Приведу лишь фрагмент, содержащий описанный выше алгоритм. Он абсолютно независим от прочих частей и легко может быть портирован в другой проект на совместимом микроконтроллере.
И напоследок, видеоролик, показывающий устройство в действии:
habr.com
