Симисторный регулятор мощности для тэна. Симисторный регулятор мощности для ТЭНа: принцип работы, схема и советы по сборке

Как работает симисторный регулятор мощности для ТЭНа. Какие компоненты нужны для его сборки. Как правильно собрать регулятор, чтобы избежать помех и перегрева. На что обратить внимание при выборе элементов схемы.

Принцип работы симисторного регулятора мощности для ТЭНа

Симисторный регулятор мощности для ТЭНа позволяет плавно изменять мощность нагревательного элемента, управляя подаваемым на него напряжением. Как же работает такой регулятор?

Основой регулятора является симистор — полупроводниковый элемент, способный пропускать ток в обоих направлениях при подаче управляющего сигнала. Принцип регулирования заключается в изменении момента открытия симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль.

Ключевые особенности работы качественного регулятора:

• Открытие симистора происходит только при переходе синусоиды через ноль, что минимизирует помехи
• Используется интервальный метод регулирования — симистор открывается на целое число полупериодов
• Частота коммутации достаточно низкая (около 1 Гц), что снижает нагрев элементов
• Применяется оптическая развязка цепей управления и силовой части

Такой подход позволяет создать надежный регулятор с минимумом помех и низким нагревом компонентов.

Схема симисторного регулятора мощности

Рассмотрим основные узлы схемы качественного регулятора мощности для ТЭНа:

1. Диодный мост и стабилизатор напряжения для питания схемы управления
2. Генератор импульсов на таймере для задания интервалов коммутации
3. Оптопара для гальванической развязки
4. Силовой симистор для коммутации нагрузки
5. Снабберная RC-цепочка для защиты симистора

Диодный мост выпрямляет сетевое напряжение, которое затем понижается и стабилизируется до 12В для питания схемы управления. Генератор на таймере формирует импульсы с регулируемой скважностью. Через оптопару эти импульсы управляют открытием силового симистора.

Выбор компонентов для регулятора мощности

От правильного подбора элементов зависит надежность и эффективность работы регулятора. На что следует обратить внимание при выборе компонентов?

Симистор

Ключевой элемент схемы — силовой симистор. Какие параметры важны при его выборе?

• Максимальный ток должен быть минимум на 30% выше расчетного тока нагрузки
• Напряжение пробоя — не менее 600В для сети 220В
• Желательно использовать симисторы в изолированном корпусе
• Для мощности до 3 кВт подойдут симисторы серии BTA16 или BTA20

Оптопара

Оптопара обеспечивает гальваническую развязку цепей управления и силовой части. Рекомендуется использовать специализированные оптопары для управления симисторами, например MOC3063 или MOC3043.

Таймер

В качестве генератора импульсов хорошо подойдет распространенный таймер NE555. Он обеспечивает стабильную частоту и позволяет легко регулировать скважность импульсов.

Особенности сборки регулятора мощности

При сборке регулятора мощности для ТЭНа важно учитывать ряд нюансов, чтобы обеспечить его надежную и безопасную работу. Какие моменты требуют особого внимания?

Охлаждение симистора

Симистор при работе выделяет значительное количество тепла, поэтому его необходимо установить на радиатор достаточной площади. Как рассчитать необходимую площадь радиатора?

• Для ТЭНа мощностью 1 кВт — не менее 150 см²
• Для 2 кВт — около 300 см²
• Для 3 кВт — минимум 450 см²

Между симистором и радиатором обязательно нужно использовать теплопроводящую пасту. Если корпус симистора неизолированный, потребуется также изолирующая прокладка.

Монтаж силовых цепей

При токах более 7-8А рекомендуется усилить силовые дорожки платы дополнительным проводником. Для этого можно пропаять медную жилу вдоль силовых дорожек. Клеммные соединения лучше заменить на пайку для снижения переходного сопротивления.

Защита и фильтрация помех

Даже при правильной схеме коммутации симистора могут возникать помехи, негативно влияющие на работу другого оборудования. Как снизить уровень помех от регулятора мощности?

Основные методы подавления помех:

• Установка снабберной RC-цепочки параллельно симистору
• Использование сетевого фильтра на входе регулятора
• Экранирование регулятора в металлическом корпусе
• Применение ферритовых колец на входных и выходных проводах

RC-снаббер гасит высокочастотные помехи при коммутации симистора. Сетевой фильтр препятствует проникновению помех в питающую сеть. Экранирование предотвращает излучение помех в окружающее пространство.

Настройка и тестирование регулятора

После сборки регулятор необходимо правильно настроить и протестировать. С чего начать проверку собранного устройства?

1. Проверить отсутствие замыканий и правильность монтажа
2. Подключить маломощную нагрузку (лампу накаливания 60-100 Вт)
3. Подать питание и проверить работу регулировки
4. Измерить форму выходного напряжения осциллографом
5. Проверить нагрев элементов при работе на полной мощности

При правильной работе регулятора форма выходного напряжения должна представлять собой «пачки» целых полупериодов синусоиды. Симистор и радиатор не должны чрезмерно нагреваться.

Применение регулятора мощности

Симисторный регулятор мощности находит широкое применение не только для управления ТЭНами. В каких еще областях он может быть полезен?

• Регулирование яркости ламп накаливания
• Управление скоростью коллекторных электродвигателей
• Регулирование мощности нагревательных элементов
• Управление температурой в термопластавтоматах
• Автоматизация самогонных аппаратов и ректификационных колонн

При этом для каждого конкретного применения может потребоваться небольшая адаптация схемы регулятора под особенности нагрузки.

Преимущества и недостатки симисторных регуляторов

Симисторные регуляторы мощности имеют ряд достоинств, но не лишены и некоторых недостатков. Какие плюсы и минусы стоит учитывать при их использовании?

Преимущества:

• Плавная регулировка мощности
• Высокий КПД
• Бесшумность работы
• Компактность
• Отсутствие подвижных частей

Недостатки:

• Возможность генерации помех
• Чувствительность к перегрузкам
• Нелинейность регулировочной характеристики
• Необходимость теплоотвода

При правильном проектировании и сборке большинство недостатков можно минимизировать, получив надежное и эффективное устройство для регулирования мощности.

Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех

В интернете есть множество примитивных схем симисторных регуляторов мощности. Собранные по этим схемам регуляторы заполонили рынок, включая всем известный Aliexpress. Схемы очень простые и имеют минимум компонентов, не требуют настройки, поэтому заслужили огромную популярность среди потребителей. Но, они все имеют один недостаток, а именно большие помехи, которые излучает регулятор мощности при изменении угла фазы открытия симистора. Помимо помех нагруженное устройство, особенно электродвигатели, нагреваются и создают значительное гудение.

Представленный в этой статье регулятор мощности для ТЭН не создает помех и может регулировать мощность до 3кВт. Незначительное изменение номиналов (читать ниже) даст возможность регулировать обороты синхронного или асинхронного двигателей без значительного их нагрева, как например, при использовании примитивного симисторного регулятора.

Схема регулятора мощности для ТЭН не создающего помех

Принцип регулирования основан на интервальном открытии и закрытии симистора в момент прохождения синусоиды через ноль. Грубо говоря, одну секунду симистор открывается, а потом секунду он закрыт. Эти интервалы вырабатывает генератор, и они настраиваются переменным резистором.

Теперь подробнее. Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет напряжение переменного тока ~220В. Далее с помощью балластного конденсатора C1 и стабилитрона VD5 напряжение понижается и стабилизируется на уровне +12В. Пульсации сглаживаются емкостью C2. Напряжение +12В будет питать схему управления симистором VS1.

 

Схема управления симистором состоит из двух основных узлов. Первый — это генератор импульсов, построенный на таймере DA1, а второй узел — это гальваническая развязка на оптопаре U1.

Генератор имеет практически постоянную частоту (около 1Гц) с изменяемой шириной импульса.

При спаде импульса на выходе таймера DA1 (вывод 3), его 7 вывод внутренне (через встроенный транзистор) соединяется с общим проводом (GND) и через светодиод U1, резистор R4 и светодиод HL1 протекает ток около 10мА. Внутренний светодиод U1 засвечивается и оптосимистор U1 открывается, подавая управляющий ток в вывод G симистора VS1. Открытие оптосимистора происходит только при прохождении синуса через ноль, так как MOC3063 имеет такую схему контроля. Это и исключает помехи данного регулятора. Открывшийся симистор VS1 пропускает через себя ток нагрузки ТЭН.

Далее по фронту импульса на 3 выводе таймера DA1 вывод 7 отключается от общего провода и оптопара U1 закрывается, вслед за ней закрывается симистор, отключая ТЭН. И далее все по циклу повторяется, пока таймер генерирует импульсы.

Ширина импульса зависит от скорости заряда и разряда конденсатора C3. Чем дольше происходит заряд и быстрее происходит разряд, тем уже импульс и наоборот. Регулируется это переменным резистором R2. Заряд емкости C3 выполняется с выхода таймера (вывод 3) через цепь R3VD6R2, а разряд происходит через R2 и VD7.

На графике выходное напряжение регулятора мощности будет выглядеть пачками целых, необрезанных периодов (полупериодов).

 

 

Параллельно силовым терминалам симистора VS1 подключена помехоподавляющая цепь R7С5, ее можно и не устанавливать.

По интервалам засвечивания HL1 можно судить об уровне ограничения мощности ТЭН.

Компоненты

Резисторы R1 и R7 мощностью 1Вт. Остальные 0.25Вт.

Емкости C1 и С5 пленочные на 400В. Конденсатор C4 керамический на 63В.

Для увеличения частоты генератора (для работы с электродвигателями) можно уменьшить емкость конденсатора C1, например до 1мкФ.

MOC3063 меняется на MOC3043 или MOC3083. Можно пробовать установить MOC3061 или MOC3062 но для их открытия нужен больший ток, а значит нужно уменьшать номинал R4, что может повлечь за собой необходимость увеличения емкости балластного конденсатора C1.

Стабилитрон с малым минимальным током открытия BZX55C10, BZX55C11 или BZX55C12. Подойдет и отечественный стабилитрон Д814В(Г,Д). Не подойдут стабилитроны 1n474*, либо опять же придется увеличивать емкость балластного конденсатора C1.

Симистор VS1 выбирается исходя из тока нагрузки, и берется минимальный запас по току не менее 30%. Для регулятора мощности ТЭН 3кВт я применил симистор BTA20-600B (рассчитанный на 20А). Рекомендую применять серию BTA с изолированным корпусом. Корпус симистора этой серии имеет металлический фланец, но он не соединен с его выводами. Подойдут, например BTA12-600B или BTA16-600B. Работать будет и серия BT, например, по этой схеме на симисторе BT137-600D я собирал регулятор температуры паяльника.

Для более надежной работы рекомендуется использовать светодиод красного цвета в качестве компонента HL1. У красного цвета наименьшее падение напряжения, это важно для этой схемы.

Охлаждение

Площадь теплоотвода будет зависеть от мощности ТЭН. Для 1кВт минимальная площадь приблизительно составит 150см², для 2кВт – 300см², для 3кВт – 450см².

Не забываем про термопасту между симистором и радиатором. Также не забываем установить изоляционную прокладку и втулку, если корпус симистора неизолированный.

При использовании регулятора с ТЭН мощнее 1. 5кВт я рекомендую пропаять медную жилу вдоль силовых дорожек печатной платы и демонтировать с нее винтовые клеммы, заменив их пайкой. Это исключит слабые места регулятора.

При эксплуатации на большой мощности (более 1.5кВт) установите автоматический выключатель, так как стеклянные предохранители очень сильно раскаляются, особенно в местах соприкосновения с держателем.

Испытание

При испытаниях регулятора мощности действительно симистор открывался при прохождении синуса через ноль, что очень порадовало отсутствием мерцания рядом включенного светильника, как при использовании примитивных схем. Для убеждения я через понижающий трансформатор взглянул осциллографом на форму выходного напряжения, синусоида была с целыми периодами без отсечения.

Первое включение было с подключенной на выход лампой накаливания, при этом радиатор можно не ставить, если лампа слабее 80Вт.

Далее регулятор был нагружен ТЭН мощностью 1.3кВт, полет нормальный.

Печатная плата регулятора ТЭН не создающего помех СКАЧАТЬ

Симисторный регулятор мощности 10Квт 45А 220в

Вы здесь: Главная > Каталог товаров > Регулятор напряжения > Симисторный регулятор мощности 10Квт 45А 220в Описание Симисторный регулятор мощности 10Квт 45А 220в Цифровой точный регулятор мощности РМ-2 45 ампер 10 Квт, применяется для управления мощностью различных электроприборов не требующих, чистого синуса. Отличительная особенность этого регулятора напряжения от других, это поддержание на выходе  заданного напряжения с  высокой точность до ± 1 вольт вне зависимости от колебаний напряжения переменного  на входе прибора, но не выше входного питания, своего рода стабилизатор сетевого питания. Силовое управление нагрузкой осуществляется посредством управления симистором на 80 ампер. Регулятор (напряжения) мощности РМ-2  10 Квт.  применяется с любыми нагревательными приборами, мощность которых непосредственно зависит от уровня подаваемого напряжения и не сказывается на работоспособности. Можно использовать для изменения мощности ламп накаливания, электрообогревателя, коллекторного электродвигателя, стабилизации напряжения и соответственно мощности нагрева ТЭНов, регулирования нагрева экструдера, для управления самогонным аппаратом, в составе автоматики ректификационной колонны, дистиллятора, в других технологических процессах. Принцип работы регулятора  РМ-2 45 А: РМ-2 имеет настройку выходного напряжения в точности до 1 Вольта, может отображать на светодиодном экране значение входного или выходного напряжения. Есть индикация аварийной ситуации, если выставленное выходное напряжение выше входного, а также если пробит симистор. Имеется возможность калибровать показания вольтметра.   Напряжение питания прибора от 40 до 400 Вольт 50 Гц Диапазон напряжения, поступаемого на нагрузку от 35 до 255 Вольт Стабильность поддержания заданного напряжения плюс-минус 1 Вольт Мощность длительный режим 45 ампер, кратковременный 63 А. Способ монтажа (подключения) Навесной Габаритные размеры   Клеммы управления по запросу  форсаж и включение Видео обзор: Сопутствующие товары Отзывы о Симисторный регулятор мощности 10Квт 45А 220в Отзывов пока не было. Вы можете оставить его первым

симистор — конструкция «простого» контроллера двигателя переменного тока/нагревательного элемента мощностью 1000 Вт

Задавать вопрос

спросил 8 лет, 5 месяцев назад

Изменено 8 лет, 5 месяцев назад

Просмотрено 4к раз

\$\начало группы\$

Я работал над созданием схемы, которая могла бы надежно контролировать циклы включения/выключения двигателя мощностью 1000 Вт (пылесос) и нагревательного элемента картриджа мощностью 1000 Вт. Следует отметить, что двигатель и нагревательный элемент имеют отдельную цепь. Схема следующая:

Работает следующим образом:

• Схема рассчитана на сеть 230В
• Микроконтроллер (ATMega328) обнаружит пересечение нуля сети и решит, включать или выключать двигатель/нагревательный элемент на следующий период.
• Если необходимо запустить симистор, PD4 будет переведен в высокий уровень, активируя фото-триак, который активирует симистор BTA208S-800E.
• Демпфирующие цепи, состоящие из резисторов/конденсаторов, предназначены для защиты симисторов от пропусков зажигания.

Тем не менее, есть несколько оставшихся без ответа вопросов, которые я хотел бы задать: во-первых, двигатель создает много шума в сети, фильтрует ли демпфер эти нежелательные электромагнитные помехи или требуется отдельная фильтрация (что/как)?

В техническом описании BTA208S-800E я обнаружил, что тепловое сопротивление от перехода до окружающей среды составляет: 75K/Вт. Как рассчитать количество ватт, рассеиваемое симистором? Я планирую использовать медный заземляющий слой в качестве радиатора.

Большинство европейских розеток имеют 2 контакта для питания и отдельный для заземления. Могу ли я подключить заземляющий провод к корпусу, в котором размещены нагревательный элемент и двигатель?

Наконец, я хотел бы определить, работает ли мотор (если да, то и нагревательный элемент, и мотор должны быть отключены). Мне было интересно, возможно ли обнаружить это, наблюдая за обратной ЭДС, вызванной двигателем?

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Вы задаете довольно много вопросов. Я отвечу на вопрос о расчете теплоотводов и рассеиваемой мощности для симистора, такого как BT208. Во-первых, для определения рассеиваемой мощности обратитесь к техническому описанию.

Из среднеквадратичного значения тока можно определить рассеиваемую мощность. Поскольку вы не выполняете управление фазой, \$\alpha\$ = 180°. Таким образом, если двигатель потребляет среднеквадратичное значение 4 А, рассеиваемая мощность будет составлять не более 5,2 Вт. Обратите внимание, что это ничего не говорит о ваттах в нагрузке, это нагрузка ток что делает симистор теплым.

Если (и это важно , если ) ваш монтаж такой же, как указанный монтаж (размер медной прокладки и т.д.) и вы получаете 75°C/Вт, тогда вы можете рассчитать повышение температуры. Также обратите внимание на рисунок 1, который говорит вам, что вы не должны допускать, чтобы температура радиатора превышала 100°C, а абсолютная максимальная температура перехода составляла 125°C. Консервативный дизайн позволил бы сохранить эти цифры значительно ниже даже в очень жаркий день. Итак, если ваша температура внутри корпуса может быть 60 ° C, а вы позволили радиатору достичь 90 ° C, то вы можете допустить повышение на 30 ° C или около 2,5 Вт, так что это хорошо для примерно 3 А (с этими предположениями).

\$\конечная группа\$

2

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Управление нагревателем DIAC/TRIAC внезапно переключается на максимальную мощность после короткого периода времени

\$\начало группы\$

Я пытаюсь построить колбонагреватель и решил использовать пару DIAC/TRIAC для управления питанием, например: эффективные конструкции, такие как обнаружение пересечения нуля и использование ПИД-регулятора, но я решил, что эта конструкция является хорошим компромиссом между стоимостью и потенциалом для моментов обучения. Вот список деталей, которые я использовал:

• Потенциометр: https://www.digikey.com/en/products/detail/cts-electrocomponents/026TB32R253B1A1/203781
• DIAC: https://www.digikey.com/en/products/detail/stmicroelectronics/DB4/1037921
Триак
• : https://www.digikey.com/en/products/detail/littelfuse-inc/2N6349AG/918275
• Конденсатор: https://www.digikey.com/en/products/detail/tdk-corporation/FG24X7S2A105KRT06/5811992 (я поставил два параллельно, а потом еще один последовательно)
• Радиатор: https://www.digikey.com/en/products/detail/aavid-thermal-division-of-boyd-corporation/530002B02500G/1216384

Я собрал его на перфорированной доске, и он не взорвался, что было хорошим знаком. Однако, пытаясь сдвинуть потенциометр и изменить мощность, проходящую через нагреватель, я получил бы очень резкие результаты. Это было бы нормально до среднеквадратичного значения 40 вольт или около того на нагревателе, но затем оно подскочило бы до среднеквадратичного значения 112 вольт. Сначала я подумал, что это потенциометр, но я проверил его диапазон сопротивления, и он был в порядке. Затем я подумал, что он просто очень чувствителен к разным сопротивлениям, и решил поставить еще один резистор на 27 кОм параллельно потенциометру, чтобы обеспечить очень медленное изменение общего сопротивления. Это противоречило результатам моего моделирования, в котором изменение потенциометра приводило к плавному изменению мощности, но я все равно попробовал. В этот момент я просто пытался добиться стабильной выходной мощности и не стал возиться с потенциометром. Параллельное размещение дополнительного резистора позволило мне получить среднеквадратичное значение 60 вольт на нагревательном элементе, но последует странное поведение. Он будет стабилен в течение минуты или около того, но затем вернется к среднеквадратичному значению 112 вольт. Я тогда подумал, что это произошло из-за паразитных индуктивностей, но это также не имеет никакого смысла, так как это будет работать какое-то время, а индуктивность действительно будет проблемой только при запуске.