Схема регулятора мощности на симисторе. Регулятор мощности на симисторе: принцип работы и схемы — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работает регулятор мощности на симисторе. Какие бывают схемы регуляторов мощности. Как собрать простой регулятор своими руками. Для каких нагрузок подходит симисторный регулятор.

Содержание

Принцип работы регулятора мощности на симисторе

Регулятор мощности на симисторе позволяет плавно изменять напряжение и мощность, подаваемые на нагрузку. Основой такого регулятора является симистор — полупроводниковый прибор, способный пропускать ток в обоих направлениях.

Принцип работы регулятора заключается в следующем:

Симистор подключается последовательно с нагрузкой
В каждом полупериоде сетевого напряжения симистор открывается на определенное время
Чем позже открывается симистор, тем меньше энергии передается в нагрузку
Изменяя момент открытия симистора, можно плавно регулировать мощность

Таким образом, регулятор «отрезает» часть синусоиды сетевого напряжения, уменьшая действующее значение напряжения на нагрузке.

Основные компоненты симисторного регулятора мощности

Типовая схема регулятора мощности на симисторе включает следующие основные элементы:

Симистор — основной силовой элемент
RC-цепь для формирования управляющих импульсов
Переменный резистор для регулировки
Диак для четкого открытия симистора
Фильтр подавления помех

Рассмотрим назначение каждого из этих компонентов более подробно.

Симистор

Симистор является ключевым элементом регулятора. Он представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами — анодом, катодом и управляющим электродом. Основные характеристики при выборе симистора:

Максимальный рабочий ток
Максимальное обратное напряжение
Ток управления

Для бытовых регуляторов обычно используются симисторы на токи 5-10 А и напряжение 600-800 В.

RC-цепь

RC-цепь формирует управляющие импульсы для открытия симистора. Она состоит из резистора и конденсатора, соединенных последовательно. Изменяя сопротивление резистора, можно регулировать момент открытия симистора.

Переменный резистор

Переменный резистор позволяет плавно изменять сопротивление RC-цепи и, соответственно, момент открытия симистора. Обычно используется потенциометр сопротивлением 100-470 кОм.

Диак

Диак обеспечивает четкое открытие симистора. Он представляет собой полупроводниковый прибор с двумя выводами, который резко открывается при достижении определенного напряжения (обычно 30-32 В).

Фильтр помех

Фильтр подавляет высокочастотные помехи, возникающие при работе регулятора. Обычно это LC-фильтр, состоящий из дросселя и конденсатора.

Схемы регуляторов мощности на симисторе

Рассмотрим несколько типовых схем регуляторов мощности на симисторе — от простейших до более сложных.

Простейшая схема регулятора

Самая простая схема регулятора мощности содержит минимум компонентов:

Симистор
Переменный резистор
Конденсатор
Диак

Такая схема позволяет регулировать мощность, но имеет недостатки — нестабильную работу на малых мощностях и отсутствие защиты от помех.

Улучшенная схема с фильтром

Более совершенная схема дополнительно содержит:

LC-фильтр для подавления помех
Варистор для защиты от перенапряжений
Дополнительные резисторы для стабилизации работы

Такая схема обеспечивает более стабильную работу и меньший уровень помех.

Регулятор на специализированной микросхеме

Наиболее совершенные регуляторы строятся на основе специализированных микросхем, например КР1182ПМ1. Преимущества такого решения:

Минимум внешних компонентов

Высокая стабильность работы
Встроенная защита от помех и перегрузок
Возможность управления мощными симисторами

Однако стоимость таких регуляторов выше по сравнению с дискретными схемами.

Сборка регулятора мощности своими руками

Собрать простой регулятор мощности на симисторе можно самостоятельно. Для этого потребуется:

Подобрать компоненты согласно выбранной схеме
Подготовить печатную плату или макетную доску
Выполнить монтаж компонентов
Установить регулятор в корпус
Подключить и протестировать устройство

При сборке важно соблюдать меры безопасности, так как регулятор работает с сетевым напряжением.

Для каких нагрузок подходит симисторный регулятор

Симисторные регуляторы мощности хорошо работают со следующими типами нагрузок:

Лампы накаливания
Нагревательные элементы
Универсальные коллекторные двигатели

Однако есть ограничения по использованию с некоторыми видами нагрузок:

Люминесцентные и светодиодные лампы — могут мерцать или выходить из строя
Трансформаторы и импульсные блоки питания — возможна нестабильная работа
Асинхронные двигатели — не рекомендуется из-за возможного перегрева

Перед подключением нагрузки к симисторному регулятору следует убедиться в их совместимости.

Преимущества и недостатки симисторных регуляторов

Регуляторы мощности на симисторах имеют ряд достоинств:

Простота конструкции
Низкая стоимость
Высокий КПД
Плавная регулировка мощности

Однако есть и некоторые недостатки:

Генерация помех в электросеть
Нагрев симистора на больших мощностях
Ограничения по типам нагрузок

Несмотря на недостатки, симисторные регуляторы остаются популярным решением для управления мощностью в бытовой технике и промышленном оборудовании.

Заключение

Регуляторы мощности на симисторах позволяют эффективно и плавно управлять напряжением и мощностью различных нагрузок. Простота конструкции и низкая стоимость делают их популярным решением для бытовых и промышленных применений. При правильном подборе компонентов и соблюдении мер безопасности такой регулятор можно собрать самостоятельно.

Схемы бытовых регуляторов, самодельные устройства (Страница 2)

Схема регулятора мощности лампы накаливания и тена (КР1182ПМ1, КУ208Б)

Микросхема КР1182ПМ1 предназначена для построения схемы регулятора яркости лампы освещения, она довольно широко известна радиолюбителям. Её схема включения довольно проста и показана на рисунке 1. Переменный резистор R1 служит органом регулировки яркости. Чем меньше его сопротивление, тем меньше …

1 3808 2

Регулятор мощности для нагрузки на 12В с ШИМ на 10 ступеней

Схема устройства, позволяющего регулировать мощность нагрузки, питающейся от автомобильного аккумулятора, в пределах от 10% до 100%. Регулировка осуществляется десятью ступенями с помощью переключателя. Данный регулятор можно использовать для регулировки яркости света самодельного прожектора …

0 1856 0

Управление электромотором с плавной регулировкой (К561ЛА7, IRF7309)

С помощью этой схемы можно регулировать скорость вращения вала электродвигателя, а также изменять направление его вращения. Регулировкаосуществляется переменным резистором. В одном крайнем положении которого двигатель вращается в одну сторону, в другом — в другую. На среднем положении вал …

3 4104 0

Простой самодельный регулятор мощности для нагрузки на 220В (4001)

Схема самодельного регулятора мощности для паяльника или лампы освещения, построен на микросхеме К561ЛЕ5. Большинство регуляторов регулирует мощность на нагрузки от 90-100° и в сторону уменьшения. Отличие этого регулятора в том, что в максимальном положении лампа будет гореть ярче …

1 2768 0

Стабильный регулятор мощности паяльника на 36В

Предлагаемая конструкция регулятора мощности обеспечивает плавное регулирование в пределах от 50 до 100% мощности низковольтного электропаяльника. В отличие от фазового регулятора К1182ПМ1 данная схема имеет гораздо более стабильные параметры и не чувствительна к наводкам, а по стоимости деталей . ..

4 5054 0

Схема регулятора частоты вращения для электродрели 220В

Многие электродрели, особенно старых выпусков, не имеют регулятора частоты вращения (РЧВ), что является не только неудобством в эксплуатации электроинструмента, но и приводит к травматизму. РЧВ можно собрать по несложной схеме и снабдить им старенькую дрель. А если вышел из строя РЧВ (штатный) …

2 7706 0

Регулятор мощности на симисторе ТС132-63 (220В)

Устройство предназначено для регулирования мощности, подводимой к активной нагрузке (лампам накаливания, нагревательным приборам) от сети переменного тока 220 В.Пределы регулирования от 0 до почти 220 В. Максимальная мощность нагрузки 5,5 кВт при использовании симистора ТС142-63-6, установленного …

2 6143 0

Регулятор для плавного управления вентилятором отопления

Простая приставка для управления скоростью вращения шумного вентилятора, построена на микросхеме К561ЛЕ5. У автомобилей ВАЗ очень шумные печки. Даже при установке ручки скорости вентилятора отопителя в минимальное положение печка шумит как пылесос. Но если скорость еще немного уменьшить противный …

0 3332 2

Регулятор мощности — прерыватель питания нагрузки (К176ИЕ5, К176ИЕ8, К176ЛЕ10)

Принципиальная схема самодельного регулятора мощности, процентного соотношения времени выключенного и включенного состояния. Обычный регулятор мощности либо включает нагрузку на часть синусоидыпеременного напряжения, либо регулирует мощность путем пропуска нескольких волн сетевого напряжения …

1 6013 0

Схема фазового регулятора мощности для нагрузки 220В (КУ221Г)

Принципиальная схема фазового регулятора мощности для нагрузки с питанием от 220В, который выполнен с применением тиристоров КУ221. В цветных телевизорах УПИМЦТ отечественного производства, отрицательно знаменитых качеством узлов строчной развёртки, в модуле БР-13 применялись высоковольтные .

1 6515 0

1 2 3 4

схемы на тиристоре, транзисторе, симисторе

Содержание

Принцип работы простого регулятора напряжения
Схемы регуляторов напряжения на 220в
Устройство для изменения напряжения на тиристоре
Регулятор напряжения на симисторе
Регулятор на микросхеме
Циклический регулятор
Регулятор тока
ШИМ-регулятор
Принципы сборки

В быту зачастую возникает необходимость регулировать напряжение питания потребителей переменного напряжения 220 вольт. Такая потребность может возникнуть, например, при регулировании яркости ламп накаливания или мощности электронагревательного прибора. Подобный прибор можно сделать самостоятельно.

Принцип работы простого регулятора напряжения

На заре электротехники инженеры пытались регулировать мощность нагрузки, изменяя напряжение на ней и ток в цепи посредством реостата. Реостат и нагрузка включались последовательно, образуя делитель напряжения. Чем больше сопротивление реостата, тем меньше напряжение на нагрузке, и наоборот.

Принцип регулирования напряжения и тока с помощью реостата

У такого принципа регулировки есть существенный недостаток. Через реостат идет полный ток нагрузки, на нем падает существенное напряжение, поэтому на нем бесполезно рассеивается значительная мощность.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Другой неявный минус подобного способа – полный ток нагрузки идет через подвижный контакт. При его перемещении он может подгорать, что снижает надежность установки в целом.

По мере развития твердотельной электроники выяснилось, что регулирование с помощью мощных ключей более надежно и экономично. Ключ (в его качестве может выступать мощный симистор, транзистор, тиристор и т.п.) имеет два положения – включен и выключен. В первом случае на нем не падает напряжение, во втором – через него не идет ток. В обеих ситуациях на ключевом элементе мощность не рассеивается.

В реальном элементе потери мощности все же происходят, но они намного меньше, чем при реостатном способе.

При регулировке с помощью ключа изменение среднего напряжения происходит за счет изменения среднего времени включенного состояния коммутирующего элемента. Сделать это можно двумя способами:

фазовым;
циклическим.

В первом случае ограничение времени происходит внутри каждого периода. Ключ открывается в определенный момент времени после прохождения напряжения через ноль. Участок синусоиды от нуля до момента включения «вырезается», ток через нагрузку идет большее или меньшее время. Такой регулятор всегда будет понижающим- напряжение можно менять в пределах от 0% до 100%.

Принцип фазового регулирования

Этот способ относительно просто реализуется, он позволяет избежать мигания ламп накаливания при использовании регулятора в качестве диммера. Но у него есть существенный минус – ток потребления нагрузки становится резко несинусоидальным, отчего в питающей сети возникают помехи.

Циклический способ свободен от данного недостатка. Ключ включается и выключается в момент перехода сетевого напряжения через ноль, за счет чего в течение одного или нескольких полупериодов нагрузка оказывается обесточенной. Среднее значение напряжения и тока зависит от количества пропущенных полупериодов.

Минусом данного метода является наличие больших пауз между подачами питания. Это может привести, например, к заметному миганию ламп накаливания, поэтому такой способ применим только к устройствам, обладающим большой тепловой инерцией (электроплиткам, паяльникам и т.п.).

Циклический способ управления напряжением

В цепях постоянного напряжения удобно использовать метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ). При этом напряжение источника остается стабильным, а нагрузка запитывается импульсами, следующими с одинаковой частотой и амплитудой, но разной ширины. В зависимости от ширины импульсов меняется среднее напряжение (а значит, и средний ток) на нагрузке. Такой метод применяют, например, для управления яркостью свечения светодиодов.

Принцип широтно-импульсной модуляции

В большинстве случаев ШИМ применяют в низковольтных устройствах. Но этот способ применим и для построения устройств на 220 вольт – в них сетевое напряжение сначала выпрямляется, затем «нарезается» на импульсы. ШИМ-регуляторы также не генерируют помехи в питающую сеть. Для работы в качестве ключа тиристоры в цепях постоянного тока непригодны – их сложно выключить. Поэтому для коммутации в схемах ШИМ обычно применяют транзисторы.

Схемы регуляторов напряжения на 220в

Устройства, регулирующие напряжение на нагрузке, можно построить на разной элементной базе и на различных принципах. От этого будет зависеть их область применения.

Устройство для изменения напряжения на тиристоре

Несложный регулятор напряжения на нагрузке можно выполнить на базе тиристора КУ202Н или другого подходящего по току и напряжению. Устройство работает по фазовому принципу. Как только конденсатор заряжается до уровня, необходимого для открытия тиристора, ключ открывается и ток идет в нагрузку. Цепочка резисторов R1 и R2 определяет время заряда конденсатора С1. Чем позже он заряжается до уровня, тем большая часть синусоиды «вырезается», тем меньше среднее напряжение на нагрузке.

В момент перехода напряжения через ноль тиристор закрывается, и в следующем полупериоде цикл повторяется.

В качестве нагрузки можно использовать паяльник, электрическую лампочку накаливания, электроплитку, прочую инерционную нагрузку с небольшой реактивной составляющей. Если полный диапазон управления (от 0% до 100%) не нужен, можно применить конденсатор с меньшей ёмкостью (например, 0,1 мкФ).

Регулятор напряжения на тиристоре

Для диммирования LED-светильников это устройство непригодно. Светодиодные осветительные приборы оснащаются драйверами, задача которых – поддерживать ток через светоизлучающие элементы стабильным, независимо от напряжения на входе. То есть, они выполняют задачу, противоположную действию регулятора напряжения.

Регулятор напряжения на симисторе

Более мощный прибор с меньшим количеством деталей можно построить на симисторе. В отличие от тиристора, этот ключевой элемент работает в цепях переменного тока, и ему не нужен выпрямительный мост.

Устройство для регулирования мощности на симисторе

Принцип действия прибора — такой же, как у предыдущего устройства. Момент открывания симистора зависит от скорости зарядки конденсатора С1. Динистор VS1 формирует импульсы для открывания ключевого элемента. В устройстве можно применить, кроме указанных, любой динистор с напряжением открывания 20..35 вольт (НТ32, НТ35 и др.), симистор BT131-600, Z0103MN5AA4 или отечественный КУ 208. Но он должен быть с запасом рассчитан на полный ток нагрузки.

Регулятор на микросхеме

Регулятор мощности на КР1182ПМ1

Самодельный фазовый регулятор можно создать и на специализированной микросхеме КР1182ПМ1. Интересно, что эта микросхема является отечественной разработкой, и импортных аналогов не имеет. У КР1182ПМ1 «на борту» есть два встроенных тиристора, но при необходимости увеличить мощность можно управлять и внешними ключами. Именно так построена схема регулятора мощности, приведенная на рисунке.

Циклический регулятор

Циклический регулятор напряжения

Устройства, работающие по циклическому принципу, не так распространены, но для примера можно рассмотреть одну схему. На микросхеме DD1 собран генератор, импульсы которого синхронизированы с моментом перехода сетевого напряжения через ноль. Импульсы следуют с одинаковой частотой, а резистором R1 можно регулировать скважность. Симистор управляется через ключи на транзисторах VT1, VT2.

Регулятор тока

Мощность на нагрузке можно регулировать, изменяя не только напряжение, но и ток в цепи. Такое построение устройства удобно, например, для использования в качестве зарядного устройства для аккумулятора (можно также управлять яркостью свечения лампы и т.п.).

Регулятор тока для низковольтных цепей постоянного тока

Этот регулятор тока легко сделать своими руками даже не имея высокой квалификации. Резистор Rx является токоизмерительным шунтом. Операционный усилитель измеряет на нем падение напряжения, сравнивает с заданным напряжением (оно устанавливается посредством потенциометра R3). В зависимости от разницы между этими напряжениями ОУ приоткрывает или призакрывает транзистор VT1, поддерживая ток в нагрузке примерно одинаковым.

Рекомендуем: Электрические схемы для самодельных зарядных устройств

ШИМ-регулятор

Схемы, использующие ШИМ, сложнее. Но иногда без них не обойтись, например, если требуется плавное управление оборотами коллекторного электродвигателя. Подобное устройство можно собрать на базе широко распространенного таймера серии 555 (отечественный аналог – КР1006ВИ1). На таймере собран генератор импульсов, частоту следования которых регулируют потенциометром R1.1. Для гальванической развязки между силовой и сигнальной частью применен оптрон DA2. На транзисторах VT1, VT2 собран драйвер ключа, в качестве которого применен IGBT-транзистор (все транзисторы надо установить на радиаторе).

Принципы сборки

Прежде, чем собирать любое электронное устройство, надо усвоить принцип – все соединения делать только пайкой (в некоторых случаях – под зажим). Никаких скруток, особенно в силовых цепях! Поэтому надо найти паяльник, расходники к нему и приобрести хотя бы начальные навыки обращения с этим хозяйством.

Мнение эксперта

Становой Алексей

Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.

Задать вопрос

Простые устройства, состоящие из малого количества деталей, можно собирать «на весу», безо всякой платы. Надо лишь позаботиться о надежной изоляции проводников и мест паек, чтобы не допустить короткого замыкания.

Самый же лучший способ создания регулятора напряжения 220 вольт и низковольтных регулирующих устройств – сборка на плате. Можно пойти классическим путем и вытравить плату из заготовки фольгированного текстолита. Некоторые авторы прикладывают к схеме готовый рисунок печатного монтажа. Если его нет – можно разработать плату самостоятельно. Для этого в сети можно найти платные и бесплатные программы.

Наиболее популярная freeware программа для рисования простых печатных плат — SprintLayout.

ШИМ-регулятор, собранный на самодельной печатной плате

Рисунок переводится на фольгу методом ЛУТ или с помощью фоторезиста (об этих способах можно найти много информации в интернете). Плата травится в растворе хлорного железа, но лучше приготовить другой раствор:

100 мл перекиси водорода (продается в любой аптеке).
30 грамм лимонной кислоты (продается в продуктовых магазинах).
2-3 чайные ложки поваренной соли (есть в любом доме).

Вода в этот рецепт не входит!

После травления защитный рисунок смывается ацетоном, сверлятся отверстия и можно собирать схему. Если нет желания или возможности заниматься печатной платой, можно собрать схему на макетной плате. От большого куска отрезается кусочек нужных размеров, и устройство собирается на нем. Выглядит не так презентабельно, как печатная плата, но в надежности монтажа ей не уступает.

Монтаж регулятора тока на макетной плате

Есть еще один вариант – приобрести набор для самостоятельной сборки устройства. В него входит и печатная плата.

Регулятор мощности, собранный на готовой печатной плате из «китайского» набора

Схемотехника устройств, регулирующих ток и напряжение в нагрузке, разнообразна по сложности и элементной базе. Для создания самодельного регулятора всегда можно найти схему по зубам. И главное – при сборке и испытаниях устройств на 220 вольт всегда надо помнить о технике безопасности.

Управление мощностью

Триак диммирования

Доступно несколько типов диммеров. В большинстве используются симисторные или тиристорные устройства. Они могут использоваться для резистивных нагрузок, таких как лампы накаливания, лампы с холодным катодом и другие источники света. Для других нагрузок обязательно прочитайте примечание о реактивных нагрузках.

Простой электронный переключатель может быть построен с использованием тиристора. Тиристор также известен как кремниевый управляемый выпрямитель (SCR). Он состоит из 4 слоев, похожих на пару перекрестно соединенных транзисторов. Устройство имеет три клеммы, одну общую, одну для подключения нагрузки и одну для затвора. Устройство срабатывает, когда затвор превышает пороговое значение, и остается включенным (т. Е. Проводящим) до тех пор, пока не будет отключено питание анода.

Структура PNPN SCR

Типичная схема диммера использует симистор для управления количеством электроэнергии, проходящей к нагрузке. Симистор представляет собой два тиристора (тиристора), объединенных в одном корпусе. Полярность сигнала на затвор может быть как положительной, так и отрицательной.

Триаки

в основном используются в качестве высокоскоростных сетевых выключателей. TRIAC с фазовым запуском использует сигнал запуска сети, который должен быть выровнен по концу каждого полупериода сети, чтобы запускать «затвор симистора» в состоянии «включено» в определенный момент каждого цикла сети. Иногда это называют «стрельбой». Когда ток нагрузки пересекает нулевой порог, TRIAC отключается до срабатывания в следующем полупериоде.

Чтобы обеспечить срабатывание, обычно используется диак, обеспечивающий внезапное увеличение напряжения на затворе симистора. Небольшой конденсатор (например, 10 нФ) можно заряжать, а заряд сбрасывать через диак на затвор симистора при срабатывании. Скорость переключения симисторов очень высока, и они могут переключаться из полностью выключенного состояния в полностью включенное, обычно за 1 мкс. Для высокой мощности важно, чтобы симистор срабатывал четко при срабатывании и быстро выключался в конце каждого цикла.

Пример схемы для выхода с открытым коллектором.

Диак представляет собой двухконтактное устройство, похожее на транзистор без базы, и действует в основном как два диода, соединенных катодом с катодом. Он рассчитан на определенное напряжение пробоя, обычно около 30 вольт, и когда при любой полярности подается меньшее напряжение, устройство остается в состоянии высокого сопротивления с протеканием лишь небольшого тока утечки. Однако, как только достигается напряжение отключения при любой полярности, устройство проявляет отрицательное сопротивление.

После срабатывания симистор полагается на ток, протекающий через устройство, чтобы поддерживать его проводимость. Таким образом, симистор выключается в конце каждого сетевого цикла. Чем позже запускается устройство, тем позже оно начинает проводить цикл и, следовательно, меньше мощности передается в нагрузку.

Например, триггерным сигналом для выхода 20 % являются последние 20 % каждого полупериода (положительная и отрицательная часть цикла). Сигнал триггера для выхода 75 % — это последние 75 % каждого полупериода (положительная и отрицательная часть цикла). Триггерный импульс должен завершиться до конца полупериода, чтобы избежать неоднозначного срабатывания в следующем цикле. Таким образом, выходной сигнал содержит частичные периоды сетевого сигнала с частотой 50 Гц.

Управляющее напряжение, генерируемое контроллером (например, микрокомпьютером, который генерирует последовательность включения симистора), обычно оптически изолировано от импульса, подаваемого на затвор схемы диммера. Обычно при этом используется оптоизолятор, часто в виде однокристального драйвера OptoTriac.

Форма сигнала драйвера симистора для 95% и 50% запуска.

Для лампы накаливания сетевого напряжения, обеспечивающей резистивную (безреактивную) нагрузку, формы сигналов напряжения и тока практически идентичны. Отставание тока от напряжения для индуктивной нагрузки означает, что возможно, что ток через симистор не достигнет порогового уровня симистора до того, как закончится триггерный импульс. Это приводит к нестабильному затемнению. Чтобы избежать этого, диммеры, предназначенные для использования с трансформаторными нагрузками с проволочной обмоткой, используют «жесткую» технику запуска (например, с использованием «импульсного» конденсатора). Это гарантирует, что триггерный импульс сохраняется в течение достаточно длительного периода времени, чтобы гарантировать, что ток достигает порогового уровня устройства.

Схемы диммера света на основе симистора прерывают синусоиды сети, что вызывает быстрые изменения напряжения и тока. Это приводит к помехам, которые могут иметь частоту в МГц и влиять на другое сетевое оборудование. Для уменьшения этих помех следует использовать фильтр! Самая простая форма — это небольшой конденсатор (обычно от 20 нФ до 47 нФ) в качестве демпфера, подключенный параллельно схеме диммера и расположенный рядом со схемой управления. Обратите внимание, что этот конденсатор должен быть рассчитан на такое применение!!!

Твердотельные реле

обеспечивают схему управления сетью в одном простом корпусе. Они изготавливаются либо с включением при нулевом напряжении (подходит для переключения), либо со случайным включением, также известным как мгновенное (подходит для диммеров). Они могут управляться переменным или постоянным напряжением. Версия переменного тока может использоваться для постоянного тока, который использует только половину устройства.

Твердотельное реле Crydom D2410-10 доступно как в версиях с нулевым напряжением, так и в версиях с мгновенным/произвольным переключением. Сетевая нагрузка включается на клеммы 1,2, а управление осуществляется на клеммы 3 и 4.

Чем меньше микросхема, тем ниже ее стоимость, но это также приводит к снижению производительности из-за снижения импульсного тока (или перегрузки), увеличения рассеиваемой мощности и увеличения теплового сопротивления.

Типичная нагрузка

Типичной нагрузкой может быть свет для театра/сцены. Самым основным из них является PAR64. PAR64 (или Par Can) — один из самых распространенных и полезных осветительных приборов, используемых сегодня для освещения сцены, студии и развлечений. Светильник легкий и простой по конструкции и конструкции. Он также экономичен в производстве и прост в обслуживании. Вольфрамовые галогенные лампы доступны в вариантах мощностью 500 Вт и 1000 Вт.

Эта лампа имеет диаметр линзы 8 дюймов и доступна в 4 различных вариантах ширины луча: от очень узкого пятна (VNSP) до широкого заливающего света (WFL). Диаграмма луча PAR64 овальная (не круглая) и обычно выравнивается путем вращения патрона лампы в задней части светильника. В дополнение к их овальному лучу, PAR64 часто обычно характеризуются их «рассеянным» лучом с горячим «резким» центром. Они имеют мягкую внешнюю кромку луча и дают значительный широкий блик.

Из-за высокой степени бликов от этих светильников PAR64 обычно не используется для освещения, где требуется высокая степень контроля. Для таких применений распространены другие конструкции приспособлений.

Программное управление

Цифровое управление может использовать простой микроконтроллер для генерации сигнала Gate. Микроконтроллер должен сначала прочитать значение настройки диммера, например. через интерфейс DMX512 (где обычно контрольное значение представляет собой 8-битное число, где 0 означает, что индикатор не горит, а 255 полностью включен).

В этой конструкции блок перехода через ноль будет использоваться для обнаружения перехода рабочего цикла от сети через ноль и включения лампы.

Подходящим алгоритмом может быть:

Преобразование значения освещенности в значение счетчика циклов программного обеспечения
(это может означать сопоставление значения с использованием таблицы поиска для установки определенного профиля).
Подождите, пока не будет обнаружено событие перехода через ноль на затемненной фазе сети.
Используйте счетчик программных циклов для ожидания требуемого времени (или инициализируйте аппаратный таймер).
По завершении цикла (или прерывании от заданного таймера)
посылает импульс на вентиль TRIAC, чтобы запустить TRIAC для проведения.

Что нельзя затемнять

Лампа ПАР-36 с внутренним трансформатором 6В и точечной лампой ПАР-36 30Вт ВНСП.

Необходимо соблюдать осторожность при поддержке индуктивной/емкостной нагрузки, такой как оборудование, включающее двигатель, трансформатор (например, точечная лампа PAR-36) или полупроводниковый преобразователь напряжения (например, светодиодная лампа). Перед подключением проверьте диммер и оборудование!

Также следует соблюдать осторожность при использовании стробоскопов, флуоресцентных ламп (таких как УФ-лампы) и любых приспособлений с внутренней электроникой (интеллектуальные источники света, неоновые вывески, плазмошары и т. д.).

Диммеры

Доступен ряд профессиональных устройств с входами 13A/15A для Великобритании/Европы и одно- или трехфазными источниками питания 32A.

Реактивные нагрузки

Для лампы накаливания сетевого напряжения, обеспечивающей резистивную (безреактивную) нагрузку, формы сигналов напряжения и тока практически идентичны. Трансформатор, используемый с низковольтными лампами, обладает высокой индуктивностью, а некоторые формы электронных «трансформаторов» обладают высокой емкостью. Следовательно, ток и напряжение не совпадают по фазе. Для трансформатора ток имеет тенденцию отставать от напряжения; это вызывает проблемы, когда схема перехода через нуль срабатывает от тока, а не когда напряжение переходит нуль. Если ток упадет ниже порогового уровня устройства, оно отключится и перестанет проводить ток.

«Отставание» тока от напряжения для индуктивной нагрузки означает, что возможно, что ток через триак не достигнет порогового уровня трика до того, как закончится триггерный импульс. Это приводит к нестабильному затемнению. Чтобы избежать этого, диммеры, предназначенные для использования с трансформаторными нагрузками с проволочной обмоткой, используют «жесткую» технику запуска (например, с использованием «импульсного» конденсатора). Это гарантирует, что триггерный импульс сохраняется в течение достаточно длительного периода времени, чтобы гарантировать, что ток достигает порогового уровня устройства.

В качестве альтернативы можно использовать серию импульсов за цикл, а не только один за цикл, что приводит к сигналу широтно-импульсной модуляции, который прерывает форму волны. Это в принципе проще TRIAC, требуя только FET или BJT с изолированным затвором для включения и выключения тока в нагрузке. С формой волны, генерируемой схемой ШИМ или в программном обеспечении. ШИМ может быть предпочтительнее для источников питания постоянного тока (таких как драйверы светодиодов) или для индуктивных нагрузок — в последнем случае может быть сложно запустить симистор в нужное время и контролировать нагрузку. Обрезка со 100-кратной скоростью линии является обычным явлением. Для ШИМ с более высокой скоростью может потребоваться специальное оборудование, которое входит в стандартную комплектацию многих микроконтроллеров. Для схемы на основе ШИМ частотный спектр будет отображать гармоники частоты прерывания. В обоих случаях требуется фильтрация нижних частот для удаления высокочастотных гармоник и предотвращения чрезмерных радиопомех.

Обрезанный сетевой сигнал с использованием ШИМ-сигнала с коэффициентом заполнения 25 %. синий сигнал показывает эффект фильтрации обрезанного сигнала (красный), в результате чего получается волна, близкая к синусоидальной.

Безопасность

Вы должны принять все обычные меры предосторожности при работе с сетевым напряжением и большими токами. Если вы не знаете, что это такое, узнайте, прежде чем приближаться к этим схемам.

Поскольку контроллеры напрямую подключены к сети, вы должны убедиться, что во время работы нельзя прикасаться к какой-либо части схемы! Металлический ящик должен быть заземлен.

Убедитесь, что все дорожки печатной платы достаточно прочны, чтобы выдерживать ток, необходимый для максимальной нагрузки. Убедитесь, что расстояние между дорожками печатной платы достаточно для использования с сетевым напряжением.

Любой используемый дроссель должен выдерживать полный ток нагрузки без перегрева или насыщения. Используйте конденсаторы с подходящим номинальным напряжением. Убедитесь, что симистор имеет достаточную вентиляцию, чтобы он не перегревался при полной нагрузке (триак падает примерно на 1,5 В при нормальной работе, поэтому рассеивает некоторое количество тепла).

Целесообразно установить быстродействующий предохранитель или автоматический выключатель последовательно с нагрузкой, чтобы он перегорел, если нагрузка потребляет от линии слишком много энергии. Предохранитель может защитить нагрузку и симистор.

Как и в резистивных нагрузках, предохранитель может защитить реактивные нагрузки от перегрева, например, если сердечник трансформатора достигает насыщения (что может быть вызвано небольшим смещением постоянного тока, вызванным схемой регулятора яркости, которая не выдает одинаковую мощность в положительном и отрицательном циклах. Это характерно для простых конструкций, предназначенных для резистивных нагрузок). Этот предохранитель также может спасти любые подключенные трансформаторы от перегорания!

См. также:

Значения слотов DMX
Приемники DMX
Руководство по применению твердотельных реле Crydom
Распиновка разъемов

Проф. Горри Фэйрхерст, Инженерная школа Абердинского университета, Шотландия. (2014)

Что такое TRIAC: схема переключения и применение

Силовые электронные переключатели, такие как BJT, SCR, IGBT, MOSFET и TRIAC, являются очень важными компонентами, когда речь идет о схемах переключения, таких как Преобразователи постоянного тока , Контроллеры скорости двигателя , Драйверы двигателей и Регуляторы частоты и т. д. Каждое устройство имеет свои уникальные свойства и, следовательно, они имеют свои собственные области применения. В этом уроке мы узнаем о TRIAC , который является двунаправленным устройством, что означает, что он может работать в обоих направлениях. Благодаря этому свойству TRIAC используется исключительно там, где используется синусоидальное питание переменного тока.

Введение в TRIAC

Термин TRIAC означает TRI ода для A чередующийся C текущий. Это трехконтактное переключающее устройство, похожее на SCR (тиристор), но оно может работать в обоих направлениях, поскольку построено путем объединения двух SCR в встречно-параллельном состоянии. Символ и вывод TRIAC показаны ниже.

Поскольку TRIAC является двунаправленным устройством, ток может течь либо от MT1 к MT2, либо от MT2 к MT1 при срабатывании затворной клеммы. Для TRIAC это триггерное напряжение, которое должно быть приложено к клемме затвора, может быть как положительным, так и отрицательным по отношению к клемме MT2. Таким образом, это помещает TRIAC в четыре режимы работы как указано ниже

Положительное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (квадрант 1)
Положительное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затвор (квадрант 2)
Отрицательное напряжение на MT2 и положительный импульс на затвор (Квадрант 3)
Отрицательное напряжение на MT2 и отрицательный импульс на затвор (квадрант 4)

V-I Характеристики TRIAC

На рисунке ниже показано состояние TRIAC в каждом квадранте.

Характеристики включения и выключения TRIAC можно понять, взглянув на график характеристик VI TRIAC, который также показан на рисунке выше. Поскольку TRIAC представляет собой просто комбинацию двух SCR в встречно-параллельном направлении, график V-I характеристик похож на график SCR. Как видите, TRIAC в основном работает в 1-м квадранте ^-го-го и в 3-м квадранте ^-го-го квадранта.

Характеристики включения

Для включения симистора необходимо подать положительное или отрицательное напряжение/импульс затвора на вывод затвора симистора. При срабатывании одного из двух тиристоров внутри симистор начинает работать в зависимости от полярности выводов MT1 и MT2. Если MT2 положительный, а MT1 отрицательный, то работает первый SCR, а если вывод MT2 отрицательный, а MT1 положительный, то работает второй SCR. Таким образом, любой из SCR всегда остается включенным, что делает TRIAC идеальным для приложений переменного тока.

Минимальное напряжение, которое должно быть приложено к контакту затвора для включения симистора, называется пороговое напряжение затвора (V _GT) и результирующий ток через вывод затвора называется пороговым током затвора (I _GT). Как только это напряжение подается на вывод затвора симистора, он смещается в прямом направлении и начинает проводить ток, время, необходимое симистору для перехода из выключенного состояния во включенное, называется временем включения (t _на).

Так же, как SCR, симистор после включения останется включенным, если он не коммутирован. Но для этого условия ток нагрузки через TRIAC должен быть больше или равен ток фиксации (I _L ) симистора. Таким образом, симистор останется включенным даже после удаления импульса затвора, пока ток нагрузки больше, чем значение тока фиксации.

Подобно току фиксации, существует еще одно важное значение тока, называемое током удержания. Минимальное значение тока, при котором симистор находится в режиме прямой проводимости, называется током удержания (I _H). Симистор перейдет в режим непрерывной проводимости только после прохождения тока удержания и тока фиксации, как показано на графике выше. Также значение тока фиксации любого симистора всегда будет больше значения тока удержания.

Характеристики выключения

Процесс выключения симистора или любого другого силового устройства называется коммутацией , а связанная с ним схема для выполнения задачи называется коммутационной схемой. Наиболее распространенный метод, используемый для выключения симистора, заключается в снижении тока нагрузки через симистор до тех пор, пока он не станет ниже значения тока удержания (I _H). Такой тип коммутации называется принудительной коммутацией в цепях постоянного тока. Мы узнаем больше о том, как TRIAC включается и выключается через его прикладные схемы.

Применение симистора

Симистор очень часто используется в местах, где необходимо контролировать мощность переменного тока, например, он используется в регуляторах скорости потолочных вентиляторов, схемах диммера ламп переменного тока и т. д. Давайте рассмотрим простой Схема включения симистора, чтобы понять, как это работает на практике.

Здесь мы использовали TRIAC для включения и выключения нагрузки переменного тока с помощью кнопки . Затем источник сетевого питания подключается к небольшой лампочке через TRIAC, как показано выше. Когда ключ замкнут, фазное напряжение подается на вывод затвора симистора через резистор R1. Если это напряжение затвора выше порогового напряжения затвора, то через вывод затвора протекает ток, который будет больше, чем пороговый ток затвора.

В этом состоянии TRIAC входит в прямое смещение, и ток нагрузки будет течь через лампу. Если нагрузка потребляет достаточный ток, симистор переходит в состояние фиксации. Но поскольку это источник питания переменного тока, напряжение будет достигать нуля в течение каждого полупериода, и, таким образом, ток также будет достигать нуля на мгновение. Следовательно, в этой схеме блокировка невозможна, и симистор выключится, как только переключатель будет разомкнут, и здесь не требуется коммутационная схема. Этот тип коммутации симистора называется естественная коммутация . Теперь давайте соберем эту схему на макетной плате с использованием симистора BT136 и проверим, как она работает.

При работе с блоками питания переменного тока необходимо проявлять особую осторожность. Рабочее напряжение снижено в целях безопасности. Стандартная мощность переменного тока 230 В 50 Гц (в Индии) понижается до 12 В 50 Гц с помощью трансформатора. В качестве нагрузки подключена маленькая лампочка. После завершения экспериментальная установка выглядит так, как показано ниже.

При нажатии кнопки на контакт затвора подается напряжение затвора, и, таким образом, симистор включается. Лампа будет светиться, пока кнопка удерживается нажатой. Как только кнопка будет отпущена, TRIAC будет в защелкнутом состоянии, но, поскольку входное напряжение является переменным, ток через TRIAC упадет ниже тока удержания, и, таким образом, TRIAC выключится, полную работу также можно найти в 9Видео 0143, данное в конце этого урока.

Управление симисторами с помощью микроконтроллеров

Когда симисторы используются в качестве регуляторов освещенности или для управления фазой, импульс затвора, подаваемый на вывод затвора, должен контролироваться с помощью микроконтроллера. В этом случае штифт затвора также будет изолирован с помощью оптопары. Принципиальная схема для того же показана ниже.

Для управления симистором с помощью сигнала 5 В/3,3 В мы будем использовать оптопара, такая как MOC3021 , внутри которой находится TRIAC. Этот TRIAC может запускаться напряжением 5 В/3,3 В через светоизлучающий диод. Обычно ШИМ-сигнал будет подаваться на контакт 1 ^-st MOC3021, а частота и рабочий цикл ШИМ-сигнала будут варьироваться для получения желаемого выходного сигнала. Этот тип схемы обычно используется для управления яркостью лампы или скоростью двигателя.

Эффект скорости – демпфирующие цепи

Все TRIAC страдают от проблемы, называемой эффектом скорости. То есть, когда терминал MT1 подвергается резкому увеличению напряжения из-за шума переключения или переходных процессов или скачков напряжения, симистор прерывает его как сигнал переключения и автоматически включается. Это связано с наличием внутренней емкости между клеммами MT1 и MT2.

Самый простой способ решить эту проблему — использовать схему снаббера. В приведенной выше схеме резистор R2 (50 Ом) и конденсатор C1 (10 нФ) вместе образуют RC-цепочку, которая действует как снабберная цепь. Любые пиковые напряжения, подаваемые на MT1, будут отслеживаться этой RC-цепью.

Эффект обратной реакции

Еще одна распространенная проблема, с которой сталкиваются разработчики при использовании TRIAC, — эффект обратной реакции. Эта проблема возникает, когда для управления напряжением затвора симистора используется потенциометр. Когда потенциометр установлен на минимальное значение, на контакт затвора не подается напряжение, и, таким образом, нагрузка отключается. Но когда POT повернут на максимальное значение, TRIAC не включится из-за эффекта емкости между выводами MT1 и MT2, этот конденсатор должен найти путь для разрядки, иначе он не позволит TRIAC включиться. Этот эффект называется эффектом обратной реакции. Эту проблему можно решить, просто включив резистор последовательно со схемой переключения, чтобы обеспечить путь для разрядки конденсатора.

Радиочастотные помехи (RFI) и TRIAC

Цепи переключения TRIAC более подвержены радиочастотным помехам (EFI), потому что при включении нагрузки ток внезапно возрастает от 0 А до максимального значения, таким образом создавая всплеск электрических импульсов, который вызывает радиочастотный интерфейс. Чем больше ток нагрузки, тем сильнее будут помехи. Использование цепей подавителя, таких как LC-подавитель, решит эту проблему.

TRIAC – Ограничения

Когда необходимо переключать сигналы переменного тока в обоих направлениях, очевидно, TRIAC будет первым выбором, поскольку это единственный двунаправленный силовой электронный переключатель. Он действует так же, как два SCR, соединенных спиной к спине, и также имеют те же свойства.