Если в жилье есть газоснабжение, готовить пищу на газовой плите удобнее, а отопление газовым котлом обычно дешевле электрического варианта. Но при отсутствии газа оптимизация потребления электроэнергии становится очень важной задачей. Для ее решения надо потреблять ровно столько электрической энергии, сколько необходимо. А для этого потребуется оптимальное управление бытовыми электроприборами и освещением. Многие электроплиты, электрообогреватели, вентиляторы и т.д. снабжены встроенными регуляторами.
Но технические возможности системы управления электрооборудованием стоят немалых денег. И по этой причине чаще всего покупаются недорогие электроприборы с простейшими регуляторами. Далее мы расскажем читателям об устройствах, использование которых даст не только экономию электроэнергии, но и сделает многие электроприборы более удобными. Эти устройства - регуляторы мощности. Их назначение - регулировка среднего значения напряжения на нагрузке.
Проще всего купить диммер
Они уменьшают его величину, а соответственно, и потребляемую мощность. По законам Джоуля-Ленца и Ома для электрической цепи. Эффективное регулирование мощности нагрузки обеспечивают специальные технические решения. А любая схема регулятора мощности содержит полупроводниковый коммутатор. Кто желает поскорее обрести возможность гибкого управления своими электроприборами, может легко купить простой регулятор мощности. Им является диммер. Разнообразные модели этого устройства продаются в торговых сетях.
Очень удобен такой регулятор на даче. Он будет замечательным дополнением к маленькому кипятильнику или одно-, двухконфорочной электроплитке. Теперь в ходе приготовления еды не будет подгорания и слишком сильного кипения. Покупая регулятор мощности, обязательно удостоверьтесь в его соответствии решаемым задачам. Он должен быть мощнее управляемого электрооборудования. Большинство моделей диммеров рассчитано на обслуживание квартирного освещения. По этой причине они в основном регулируют мощность до 300 Вт.
Не нашел в магазине - сделай сам
Чтобы приобрести более мощную модель, придется поискать ее в торговых сетях. Альтернативное решение - просмотр схем регуляторов мощности, изготовление своими руками выбранной модели. Чтобы помочь нашим читателям выбрать оптимальную схему, более подробно опишем главные особенности этих устройств. Регулятор на полупроводниковом ключе может быть выполнен на
- биполярном транзисторе;
- полевом транзисторе;
- тиристоре;
- симметричном тиристоре (симисторе, триаке).
Регулятор мощности, схема которого содержит любой из перечисленных полупроводниковых ключей, всегда пребывает в одном из двух состояний. Он либо максимально ограничивает ток (отключает нагрузку), либо почти не оказывает сопротивления (подключает нагрузку). При срабатывании сопротивление переходов полупроводниковых приборов быстро изменяется по величине. Каждому его значению соответствует определенная электрическая мощность. Она выделяется как тепло и носит название динамических потерь. Чем быстрее срабатывает прибор (отключает или подключает нагрузку), тем меньше динамические потери.
Наиболее быстродействующими ключами являются транзисторы. Но они и включаются и выключаются при любой ненулевой величине напряжения. Если эти процессы происходят вблизи его амплитудного значения, динамические потери будут максимально большими. Обычный тиристорный ключ отличается тем, что выключается без управляющего сигнала при переходе тока нагрузки через ноль. Хотя его включение происходит при той же амплитуде переменного напряжения, что и у транзисторов.
Выбери триак
По этой причине схема тиристора, а особенно симисторного регулятора мощности получается более простой, экономичной и надежной. Особенно если он быстро включается. У регулятора мощности на симисторе кроме него нет больше полупроводниковых приборов, по которым течет ток нагрузки. А у регуляторов с остальными ключами такими приборами обязательно будут выпрямительные диоды, в том числе встроенные. Поэтому рекомендуем остановиться на симисторах - схемы с ними есть во многих справочниках, популярных журналах а, следовательно, и в интернете. Их легко найти и выбрать что-либо приемлемое.
Первый регулятор мощности на симисторе КУ208Г используется уже много лет, начиная с 80-х годов прошлого века.
Современные симисторы в регуляторах
Устаревший дизайн КУ208Г не всегда удобен для размещения в корпусе регулятора. Новая модель BT136 600E, у которой параметры включения и регулировки примерно такие же, позволит собрать более компактный симисторный регулятор мощности. С этой моделью из-за ее компактности получается значительно больше вариантов конструкции, из которых можно выбирать.
Если самостоятельно изготавливается регулятор мощности, схема которого взята из какого-либо источника, обязательно сравните максимальные токи используемого ключа и нагрузки. В этих целях разделите паспортную мощность нагрузки на 220. Для надежной работы регулятора мощности на симисторе и не только полученное значение тока должно составлять 0,7 от номинального значения ключа, используемого в схеме. Поэтому для многих бытовых электроприборов КУ208Г окажется слабоват. Но его можно заменить более мощным, например ВТА 12.
Этот ключ со своими 12 амперами сможет надежно регулировать нагрузку до 1848 Вт с непродолжительным увеличением ее до 2000 Вт. Собранный регулятор мощности на симисторе этой модели, например, можно применить для управления электрическим чайником. Один из таких вариантов показан далее.
При выборе схемы регулятора мощности
- коллекторного мотора постоянного тока,
- универсальных (тоже коллекторных) двигателей,
- пригодного для управления электродвигателя в каком-либо электрооборудовании,
рекомендуем обратить внимание на безопасность управления. Она обеспечивается гальванической развязкой в схеме регулятора. Ключ надежно развязывается от управляющего элемента, к которому прикасается пользователь. Для этого применяются схемотехнические решения с трансформаторами, а также оптронные электронные приборы. Примеры подобных схем показаны далее. В этих схемах управляющий элемент является частью контроллера.
Эффективный, надежный и безопасный регулятор мощности добавит многим вашим электроприборам новые потребительские свойства. За вами остается правильный выбор устройства при покупке или изготовление их без ошибок своими руками по выбранной схеме.
Этот простой регулятор мощности может пригодиться для регулировки освещения ламп накаливания, регулировки температуры ТЭНов, фенов, тепловых пушек, но не годится для работы на индуктивную нагрузку (трансформатор, асинхронный двигатель) или емкостную. Симистор моментально вылетит.
Роль используемых деталей:
Т1 - это симистор , в моём случае я использовал импортный BTB (BTB 16 600bw) на 16А,
Что в пересчете на мощность P=I*U=16*220=3520Вт с большим теплоотводом симистор выше 50 градусов не греется, хотя возможно подключить и (КУ 208) или импортные симисторы так называемые "триаки" ВТА, ВТ.
Элемент схемы Т - это и есть вышеупомянутый симметричный динистор то есть "диак" импортного производства DB 3 (разрешается DB 4). По размеру он очень мал, что делает монтаж его очень удобным, я
например, в некоторых случаях припаивал его непосредственно к управляющему выводу симистора.
Выглядит это чудо так:
Резистор же 510.Оm - ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 mkF, то есть если движок регулятора поставить в положение 0.Оm, то сопротивление цепи всё равно будет 510.Оm
Ну,и конечно конденсатор 0,1mkF:
Заряжается он через резисторы 510.Om и переменный резистор 420kOm, после того, как напряжение на конденсаторе достигнет напряжения открывания динистора DB 3, динистор формирует импульс, открывающий симистор, после чего, при проходе синусоиды, симистор закрывается. Частота открывания-закрывания симистора зависит от напряжения на конденсаторе 0.1 mkF, которое, в свою очередь, зависит от сопротивления переменного резистора. Таким образом, прерывая ток (с большой частотой) схема регулирует мощность в нагрузке. Допустим, если подключить электролампу через диод, мы заставим работать её «в полнакала» и продлим её жизнь, однако не получиться регулировать яркость, да и неприятного мерцания не избежать. Этого недостатка нет в симисторных схемах, так как частота переключения симистора слишком высока, и увидеть мерцание лампы человеческому глазу не под силу. При работе на индуктивную нагрузку, например электродвигатель, можно услышать чье то пение, это будет частота с которой симистор подключает нагрузку к цепи.
Из-за проблемы с электричеством люди все чаще покупают регуляторы мощности. Не секрет, что резкие перепады, а также чрезмерно пониженное или повышенное напряжение пагубно влияют на бытовые приборы. Для того чтобы не допустить порчи имущества, необходимо пользоваться регулятором напряжения, который защитит от короткого замыкания и различных негативных факторов электронные приборы.
Типы регуляторов
В наше время на рынке можно увидеть огромное количество различных регуляторов как для всего дома, так и маломощных отдельных бытовых приборов. Существуют транзисторные регуляторы напряжения, тиристорные, механические (регулировка напряжения осуществляется при помощи механического бегунка с графитовым стержнем на конце). Но самым распространенным является симисторный регулятор напряжения. Основой этого прибора являются симисторы, которые позволяют резко среагировать на скачки напряжения и сгладить их.
Симистор представляет собой элемент, который содержит пять p-n переходов. Этот радиоэлемент имеет возможность пропускать ток как в прямом направлении, так и в обратном.
Эти компоненты можно наблюдать в различной бытовой технике начиная от фенов и настольных ламп и заканчивая паяльниками, где необходима плавная регулировка.
Принцип работы симистора довольно прост. Это своего рода электронный ключ, который то закрывает двери, то открывает их с заданной частотой. При открытии P-N перехода симистора он пропускает небольшую часть полуволны и потребитель получает только часть номинальной мощности. То есть чем больше открывается P-N переход, тем больше мощности получает потребитель.
К достоинствам этого элемента можно отнести:
В связи с вышесказанными достоинствами симисторы и регуляторы на их основе используются довольно часто.
Эта схема довольно проста в сборке и не требует большого количества деталей. Такой регулятор можно применить для регулировки не только температуры паяльника, но и обычных ламп накаливания и светодиодных. К этой схеме можно подключать различные дрели, болгарки, пылесосы, шлифмашинки, которые изначально шли без плавной регулировки скорости.
Вот такой регулятор напряжения 220в своими руками можно собрать из следующих деталей:
- R1 - резистор 20 кОм, мощностью 0,25 Вт.
- R2 - переменный резистор 400−500 кОм.
- R3 - 3 кОм, 0,25 Вт.
- R4-300 Ом, 0,5 Вт.
- C1 C2 - конденсаторы неполярные 0,05 Мкф.
- C3 - 0,1 Мкф, 400 в.
- DB3 - динистор.
- BT139−600 - симистор необходимо подобрать в зависимости от нагрузки которая будет подключен. Прибор, собранный по этой схеме, может регулировать ток величиной 18А.
- К симистору желательно применить радиатор, так как элемент довольно сильно греется.
Схема проверена и работает довольно стабильно при разных видах нагрузки .
Существует еще одна схема универсального регулятора мощности.
На вход схемы подается переменное напряжение 220 В, а на выходе уже 220 В постоянного тока. Эта схема имеет в своем арсенале уже больше деталей, соответственно и сложность сборки повышается. На выход схемы возможно подключить любой потребитель (постоянного тока). В большинстве домов и квартир люди стараются поставить энергосберегающие лампы. Не каждый регулятор справится с плавной регулировкой такой лампы, например, тиристорный регулятор использовать нежелательно. Эта схема позволяет беспрепятственно подключать эти лампы и делать из них своего рода ночники.
Особенность схемы заключается в том, что при включении ламп на минимум все бытовые приборы должны быть отключены от сети. После этого в счетчике сработает компенсатор, и диск медленно остановится, а свет будет продолжать гореть. Это возможность собрать симисторный регулятор мощности своими руками. Номиналы деталей нужных для сборки, можно увидеть на схеме.
Еще одна занимательная схема, которая позволяет подключить нагрузку до 5А и мощностью до 1000Вт.
Регулятор собран на базе симистора BT06−600. Принцип работы этой схемы заключается в открытии перехода симистора. Чем больше элемент открыт, тем больше мощность поступает на нагрузку. А также в схеме присутствует светодиод, который даст знать, работает устройство или нет. Перечень деталей, которые понадобятся для сборки аппарата:
- R1 - резистор 3.9 кОм и R2 - 500 кОм своеобразный делитель напряжения, который служит для зарядки конденсатора С1.
- конденсатор С1- 0,22 мкФ.
- динистор D1 - 1N4148.
- светодиод D2, служит для индикации работы устройства.
- динисторы D3 - DB4 U1 - BT06−600.
- клемы для подключения нагрузки P1, P2.
- резистор R3 - 22кОм и мощностью 2 вт
- конденсатор C2 - 0.22мкФ рассчитан на напряжение не меньше 400 В.
Симисторы и тиристоры с успехом используются в качестве пускателей. Иногда необходимо запустить очень мощные тэны, управлять включением сварочного мощного оборудования, где сила тока достигает 300−400 А. Механическое включение и выключение с помощью контакторов уступает симисторному пускателю из-за быстрого износа контакторов, к тому же при механическом включении возникает дуга, которая также пагубно влияет на контакторы. Поэтому целесообразным будет использовать симисторы для этих целей. Вот одна из схем.
Все номиналы и перечень деталей указаны на Рис. 4. Достоинством этой схемы является полная гальваническая развязка от сети, что обеспечит безопасность в случае повреждения.
Нередко в хозяйстве необходимо выполнить сварочные работы. Если есть готовый инверторный сварочного аппарата, то сварка не представляет особых трудностей, поскольку в аппарате присутствует регулировка тока. У большинства людей нет такого сварочного и приходится пользоваться обычным трансформаторным сварочным, в котором регулировка тока осуществляется путем смены сопротивления, что довольно неудобно.
Тех, кто пробовал использовать в качестве регулятора симистор, ждет разочарование. Он не будет регулировать мощность. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.
Но существует выход из этой ситуации. Следует подать на управляющий электрод однотипный импульс или подавать на УЭ (управляющий электрод) постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль. Схема регулятора выглядит следующим образом:
Конечно, схема довольно сложная в сборке, но такой вариант решит все проблемы с регулировкой. Теперь не нужно будет пользоваться громоздким сопротивлением, к тому же очень плавной регулировки не получится. В случае с симистором возможна довольно плавная регулировка.
Если существуют постоянные перепады напряжения, а также пониженное или повышенное напряжение, рекомендуется приобрести симисторный регулятор или по возможности сделать регулятор своими руками. Регулятор защитит бытовую технику, а также предотвратит ее порчу.
Полупроводниковый прибор, имеющий 5 p-n переходов и способный пропускать ток в прямом и обратном направлениях, называется симистором. Из-за неспособности работы на высоких частотах переменного тока, высокой чувствительности к электромагнитным помехам и значительного тепловыделения при коммутации больших нагрузок, в настоящее время широкого применения в мощных промышленных установках они не имеют.
Там их с успехом заменяют схемы на тиристорах и IGBT-транзисторах. Но компактные размеры прибора и его долговечность в сочетании с невысокой стоимостью и простотой схемы управления позволили найти им применение в сферах, где указанные выше недостатки не имеют существенного значения.
Сегодня схемы на симисторах можно найти во многих бытовых приборах от фена до пылесоса, ручном электроинструменте и электронагревательных устройствах – там, где требуется плавная регулировка мощности.
Принцип работы
Регулятор мощности на симисторе работает подобно электронному ключу, периодически открываясь и закрываясь, с частотой, заданной схемой управления. При отпирании симистор пропускает часть полуволны сетевого напряжения, а значит потребитель получает только часть номинальной мощности.
Делаем своими руками
На сегодняшний день ассортимент симисторных регуляторов в продаже не слишком велик. И, хотя цены на такие устройства невелики, зачастую они не отвечают требованиям потребителя. По этой причине рассмотрим несколько основных схем регуляторов, их назначение и используемую элементную базу.
Схема прибора
Простейший вариант схемы, рассчитанный для работы на любую нагрузку. Используются традиционные электронные компоненты, принцип управления фазово-импульсный.
Основные компоненты:
- симистор VD4, 10 А, 400 В;
- динистор VD3, порог открывания 32 В;
- потенциометр R2.
Ток, протекающий через потенциометр R2 и сопротивление R3, каждой полуволной заряжает конденсатор С1. Когда на обкладках конденсатора напряжение достигнет 32 В, произойдёт открытие динистора VD3 и С1 начнёт разряжаться через R4 и VD3 на управляющий вывод симистора VD4, который откроется для прохождения тока на нагрузку.
Длительность открытия регулируется подбором порогового напряжения VD3 (величина постоянная) и сопротивлением R2. Мощность в нагрузке прямо пропорциональна величине сопротивления потенциометра R2.
Дополнительная цепь из диодов VD1 и VD2 и сопротивления R1 является необязательной и служит для обеспечения плавности и точности регулировки выходной мощности. Ограничение тока, протекающего через VD3, выполняет резистор R4. Этим достигается необходимая для открытия VD4 длительность импульса. Предохранитель Пр.1 защищает схему от токов короткого замыкания.
Отличительной особенностью схемы является то, что динистор открывается на одинаковый угол в каждой полуволне сетевого напряжения. Вследствие этого не происходит выпрямление тока, и становится возможным подключение индуктивной нагрузки, например, трансформатора.
Подбирать симисторы следует по величине нагрузке, исходя из расчёта 1 А = 200 Вт.
Используемые элементы:
- Динистор DB3;
- Симистор ТС106-10-4, ВТ136-600 или другие, требуемого номинала по току 4-12А.
- Диоды VD1, VD2 типа 1N4007;
- Сопротивления R1100 кОм, R3 1 кОм, R4 270 Ом, R5 1,6 кОм, потенциометр R2 100 кОм;
- С1 0,47 мкФ (рабочее напряжение от 250 В).
Отметим, что схема является наиболее распространённой, с небольшими вариациями. Например, динистор может быть заменён на диодный мост или может быть установлена помехоподавляющая RC цепочка параллельно симистору.
Более современной является схема с управлением симистора от микроконтроллера – PIC, AVR или другие. Такая схема обеспечивает более точную регулировку напряжения и тока в цепи нагрузки, но является и более сложной в реализации.
Схема симисторного регулятора мощности
Сборка
Сборку регулятора мощности необходимо производить в следующей последовательности:
- Определить параметры прибора, на который будет работать разрабатываемое устройство. К параметрам относятся: количество фаз (1 или 3), необходимость точной регулировки выходной мощности, входное напряжение в вольтах и номинальный ток в амперах.
- Выбрать тип устройства (аналоговый или цифровой), произвести подбор элементов по мощности нагрузки. Можно проверить своё решение в одной из программ для моделирования электрических цепей – Electronics Workbench, CircuitMaker или их онлайн аналогах EasyEDA, CircuitSims или любой другой на ваш выбор.
- Рассчитать тепловыделение по следующей формуле: падение напряжения на симисторе (около 2 В) умножить на номинальный ток в амперах. Точные значения падения напряжения в открытом состоянии и номинальный пропускаемый ток указаны в характеристиках симистора. Получаем рассеиваемую мощность в ваттах. Подобрать по рассчитанной мощности радиатор.
- Закупить необходимые электронные компоненты , радиатор и печатную плату.
- Произвести разводку контактных дорожек на плате и подготовить площадки для установки элементов. Предусмотреть крепление на плате для симистора и радиатора.
- Установить элементы на плату при помощи пайки. Если нет возможности подготовить печатную плату, то можно использовать для соединения компонентов навесной монтаж, используя короткие провода. При сборке особое внимание уделить полярности подключения диодов и симистора. Если на них нет маркировки выводов, то или «аркашки».
- Проверить собранную схему мультиметром в режиме сопротивления. Полученное изделие должно соответствовать изначальному проекту.
- Надёжно закрепить симистор на радиатор. Между симистором и радиатором не забыть проложить изолирующую теплопередающую прокладку. Скрепляющий винт надёжно заизолировать.
- Поместить собранную схему в пластиковый корпус.
- Вспомнить о том, что на выводах элементов присутствует опасное напряжение.
- Выкрутить потенциометр на минимум и произвести пробное включение. Измерить напряжение мультиметром на выходе регулятора. Плавно поворачивая ручку потенциометра следить за изменением напряжения на выходе.
- Если результат устраивает, то можно подключать нагрузку к выходу регулятора. В противном случае необходимо произвести регулировки мощности.
Симисторный радиатор мощности
Регулировка мощности
За регулировку мощности отвечает потенциометр, через который заряжается конденсатор и разрядная цепь конденсатора. При неудовлетворительных параметрах выходной мощности следует подбирать номинал сопротивления в разрядной цепи и, при малом диапазоне регулировки мощности, номинал потенциометра.
- продлить срок службы лампы, регулировать освещение или температуру паяльника поможет простой и недорогой регулятор на симисторах.
- выбирайте тип схемы и параметры компонентов по планируемой нагрузке.
- тщательно проработайте схемные решения.
- будьте внимательны при сборке схемы , соблюдайте полярность полупроводниковых компонентов.
- не забывайте, что электрический ток есть во всех элементах схемы и он смертельно опасен для человека.
Такой простой, но в то же время очень эффективный регулятор, сможет собрать практически каждый, кто может держать в руках паяльник и хоть слегка читает схемы. Ну а этот сайт поможет вам осуществить своё желание. Представленный регулятор регулирует мощность очень плавно без бросков и провалов.
Схема простого симисторного регулятора
Такой регулятор можно применить в регулировании освещения лампами накаливания, но и светодиодными тоже, если купить диммируемые. Температуру паяльника регулировать - легко. Можно бесступенчато регулировать обогрев, менять скорость вращения электродвигателей с фазным ротором и ещё много где найдётся место такой полезной вещице. Если у вас есть старая электродрель, у которой не регулируются обороты, то применив этот регулятор, вы усовершенствуете такую полезную вещь.В статье, с помощью фотографий, описания и прилагаемого видео, очень подробно описан весь процесс изготовления, от сбора деталей до испытания готового изделия.
Сразу говорю, что если вы не дружите с соседями, то цепочку C3 - R4 можете не собирать. (Шутка) Она служит для защиты от радиопомех.
Все детали можно купить в Китае на Алиэкспресс. Цены от двух до десяти раз меньше, чем в наших магазинах.
Для изготовления этого устройства понадобится:
- R1 – резистор примерно 20 Ком, мощностью 0,25вт;
- R2 – потенциометр примерно 500 Ком, можно от 300 Ком до 1 Мом, но лучше 470 Ком;
- R3 - резистор примерно 3 Ком, 0, 25 Вт;
- R4- резистор 200-300 Ом, 0, 5 Вт;
- C1 и C2 – конденсаторы 0, 05 МкФ, 400 В;
- C3 – 0, 1 МкФ, 400 В;
- DB3 – динистор, есть в каждой энергосберегающей лампе;
- BT139-600, регулирует ток 18 А или BT138-800, регулирует ток 12 А – симисторы, но можно взять и любые другие, в зависимости от того, какую нагрузку нужно регулировать. Динистор ещё называют диак, симистор – триак.
- Радиатор охлаждения выбирается от величины планируемой мощности регулирования, но чем больше, тем лучше. Без радиатора можно регулировать не более 300 ватт.
- Клеммные колодки можно поставить любые;
- Макетную плату применять по вашему желанию, лишь бы всё вошло.
- Ну и без прибора, как без рук. А вот припой применять лучше наш. Он хоть и дороже, но намного лучше. Хорошего припоя Китайского не видел.
Приступаем к сборке регулятора
Сначала нужно продумать расстановку деталей так, чтобы ставить как можно меньше перемычек и меньше паять, затем очень внимательно проверяем соответствие со схемой, а потом все соединения запаиваем.
Убедившись, что ошибок нет и поместив изделие в пластиковый корпус, можно опробовать, подключив к сети.
