Цифровой регулятор мощности
Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.
Принцип работы регулятора на симисторе
Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.
Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.
Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.
Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.
При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.
Варианты схем регулятора
Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.
Обозначения:
- Резисторы: R1- 470 кОм , R2 – 10 кОм,
- Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
- Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
- Динистор DN1 – DB3.
- Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.
При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.
Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.
К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.
Схема регулятора с обратной связью
Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:
- Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
- Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.
Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.
Обозначения:
- Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 – 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 – 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
- Конденсаторы: С1 – 22 мкФ х 50 В; С2 – 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 – 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
- Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
- Симистор Т1 – BTA24-800.
- Микросхема – U2010B.
Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):
- А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
- В – При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
- С – Режим индикации перегрузки.
Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.
Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.
Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.
Регулятор для индуктивной нагрузки
Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.
Существует два варианта решения проблемы:
- Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
- Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.
Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.
Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.
Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.
Источник: www.asutpp.ru
РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >
| Теги статьи: | Добавить тег |
Регулятор мощности паяльника с цифровой индикацией и кнопочным управлением.
Автор — Настя.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2008».
Многие из нас проводят много времени в руках с паяльником. Не секрет, что хорошая пайка компонентов является залогом успешной работы электронного устройства. Качество пайки определяется по характерному блеску.
роватая и неровная пайка является потенциальной причиной плохой работы схемы. Другая важная задача заключается в том, чтобы произвести пайку не перегревая компонентов.
Хорошее качество пайки обеспечивают цифровые паяльные станции, которые контролируют температуру жала. Но они достаточно дороги и трудоемки в сборке. Цифровые паяльные станции не всегда можно взять с собой для работы в полевых условиях.
В радиолюбительской практике для регулировки температуры обычных паяльников используются как промышленные, так и самодельные регуляторы мощности, которые иначе называют диммерами. Как правило, такие диммеры используются для плавной регулировки яркости ламп накаливания, и, следовательно, нет необходимости в дополнительной индикации уровня мощности, т.к. о настройке судят по яркости свечения. Но как оценить на каком уровне мощности работает паяльник? Кто-то оценивает достаточность мощности по положению крутилки диммера, а я же решила собрать регулятор с цифровой индикацией и кнопочным управлением.
Регулятор собран на pic16f628a. Тактирование микроконтроллера осуществляется встроенным генератором на частоте 4 МГц, т.е. кварцевый резонатор не нужен. На плате предусмотрены посадочные места под кварцевый резонатор, что позволяет применять устаревшие контроллеры (например, pic16f84a) и иные без внутреннего тактирования. В своем варианте регулятора я установила семисегментный индикатор с общим катодом. На плате предусмотрена установка индикатора с общим анодом, путем перепайки соответствующей перемычки. В исходниках программы закомментированы заготовки под контроллер pic16f84a и индикатор с общим анодом.
Регулятор собран на двух платах: силовая и цифровая. На силовой плате расположен фильтр (для снижения уровня помех создаваемым регулятором) и схема бестрансформаторного питания. На цифровой плате расположен микроконтроллер и семисегментный индикатор.
Платы регулятора мощности с цифровой индикацией закреплены с помощью винтов в корпусе обычной мыльницы. Дизайн регулятора зависит от Вашей фантазии и способностей.
Красной кнопкой увеличиваем уровень мощности и температуру нагрева паяльника, синей – снижаем. Программа для микроконтроллера написана на Ассемблере. Задержки, определяющие уровень мощности, подобраны экспериментально. Их можно легко изменить в программе и подобрать для себя необходимые уровни. Всего 10 уровней. Символ «0» на индикаторе означает, что симистор закрыт. Символ «9» означает, что симистор постоянно открыт и устройство работает на полную мощность.
Для проверки работоспособности регулятора мощности можно подключить лампу накаливания (на фото лампа на 40Вт).
Узлы схемы не являются чем-то необычным. Расчеты компонентов силовой части сделаны в соответствии с рекомендациями документов из открытых источников:
1. Электромагнитная совместимость импульсных источников питания
2. Transformerless Power Supply.
plication Notes 91008b
Соблюдайте осторожность и помните про электробезопасность при работе с сетью переменного тока 220В. Правильно изготовленный регулятор из исправных деталей не требует настройки и сразу начинает работать. Для обеспечения электромагнитной совместимости следует лишь правильно подключить его к сети (фазу и нейтраль подключить так, как это показано на схеме).
На перспективу программа для микроконтроллера может быть расширена дополнительными функциями. Например, таймер на выключение – для случаев простоя паяльника без дела, в целях защиты от выгорания жала. Также можно предложить разогрев паяльника определенное время на максимальном уровне и затем переход на меньший уровень для поддержания температуры. Если эти функции найдут Вашу поддержку, то следующая версия прошивки будет дополнена этими функциями.
Файлы:
Схема
Плата
Исходники и прошивка
Вопросы, как обычно, складываем тут.
Источник: www.radiokot.ru
|