Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

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.

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

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.

Рисунок 2. Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

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:

1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
2. 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.

Регулятор мощности с обратной связью

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.

Таблица для подбора номиналов сопротивлений 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:

1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Самодельный регулятор мощности

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

Регулятор оборотов электродвигателя 220в. Схема и описание

Данный регулятор оборотов электродвигателя 220в позволяет изменять частоту оборотов вращения вентилятора либо электродвигателя, рассчитанных на работу от сети 220 вольт.

Достаточно популярным регулятором оборотов для электродвигателей на 220 вольт переменного тока является схема на тиристорах. Типовой схемой является подключение электродвигателя или вентилятора в разрыв анодной цепи тиристора.

Одно не маловажное условие при использовании подобных регуляторов, это надежный контакт во всей цепи. Что нельзя сказать про коллекторные электродвигатели, поскольку у них механизм щеток создает кратковременные обрывы электроцепи. Это существенно влияет на качество работы регулятора.

Описание работы схемы регулятора оборотов

Приведенная ниже схема тиристорного регулятора оборотов, как раз разработана для изменения частоты вращения коллекторных электродвигателей (электродрель, фрезер, вентилятор). Первое, что следует отметить, это то, что двигатель вместе с силовым тиристором VS2 подсоединен в одну из диагоналей диодного моста VD3, на другую же подается сетевое напряжение 220 вольт.

Помимо этого, данный тиристор контролируется достаточно широкими импульсами, благодаря которым, непродолжительные отключения активной нагрузки, которыми характеризуется работа коллекторного двигателя, не влияют на устойчивую работу данной схемы.

Для управления тиристором VS1 на транзисторе VT1, собран генератор импульсов. Питание данного генератор осуществляется трапециевидным напряжением, создающимся в результате ограничения положительных полуволн стабилитроном VD1 имеющих частоту 100 Гц. Конденсатор С1 разряжается через сопротивления R1, R2, R3. Резистором R1 осуществляется скорость разряда данного конденсатора.

При достижении на конденсаторе напряжения достаточного для открывания транзистора VT1, на управляющий вывод VS1 поступает положительный импульс. Тиристор открывается и теперь уже на управляющем выводе VS2 появляется длительный импульс управления. И уже с данного тиристора напряжение, которое фактически и влияет на величину оборотов, подается на двигатель.

Частоту оборотов вращения электродвигателя регулируют резистором R1. Так как в цепь VS2 подключена индуктивная нагрузка, то возможно спонтанное отпирание тиристора, даже при отсутствии управляющего сигнала. Поэтому для предотвращения данного нежелательного эффекта, в схему добавлен диод VD2 который подключается параллельно обмотке возбуждения L1 электродвигателя.

Детали регулятора оборотов вентилятора и электродвигателя

Стабилитрон – можно заменить на другой с напряжением стабилизации в районе 27 – 36В. Тиристоры VS1 – любой маломощный с прямым напряжением более 100 вольт, VS2 — возможно поставить КУ201К, КУ201Л, КУ202М. Диод VD2 – с обратным напряжением не меньше 400 вольт и прямым током более 0,3А. Конденсатор C1 – КМ-6.

Скорость вентилятора — как изменить обороты вентилятора

Вентилятор относится к вспомогательным устройствам, обеспечивающим нормальное функционирование оборудования и создающим комфортные условия для работы и отдыха людей. Без этих корпусных устройств невозможна эксплуатация ПК, кондиционеров и другой климатической техники. Для повышения эффективности их работы потребуются специальное устройство, позволяющее регулировать обороты вентилятора.

Способы регулировки

Для электрических вытяжек, устанавливаемых в жилых помещениях (на кухне, а также в туалетных и ванных комнатах) предусматривается простейший вариант управления. В этом случае возможны только два состояния: включено или выключено.

Обратите внимание! В туалетных комнатах устройства нередко оснащаются датчиком присутствия, обеспечивающим сбережение электроэнергии.

Для более экономичной работы устройства (не всегда нужно, чтобы оно работало на полную мощность) потребуется регулировать обороты вентилятора. Перед покупкой изделия обязательно проконсультируйтесь у продавца о наличии соответствующей опции.

Реализовать указанную функцию удается следующими способами:

• изменением частоты тока, поступающего на обмотку двигателя;
• варьированием уровня питающего напряжения;
• изменением мощности, отдаваемой в нагрузку.

На практике регулировка осуществляется посредством особых устройств (контроллеров), в которых применяются различные принципы управления.

Принцип работы регулятора

Для управления скоростью вращения вентилятора используется принцип изменения параметров электромагнитного поля, воздействующего на обмотку двигательного ротора. В одних случаях оно касается его частоты, а в двух других – напряжения и мощности управляющего сигнала.

Первый вариант наиболее экономичен (отсутствует нагрев обмоток), но для его реализации потребуется дорогостоящее оборудование.

По этой причине частотные контроллеры, изменяющие скорость вентилятора, используются в быту крайне редко.

Частотные многоскоростные регуляторы

Для бытовых нужд больше подходят схемы, принцип работы которых основан на изменении амплитуды подаваемого напряжения и величины мощности. Они не очень дороги и обеспечивают заметное снижение шумности работы вентилятора. Регулировка с их помощью никак не влияет на величину потребляемой электроэнергии. Как правило, они устанавливаются в слаботочных цепях.

Для реализации описанных принципов управления используются различные электрические схемы контроллеров, которые нуждаются в более подробном рассмотрении.

Схема регулятора

Известно несколько схемных решений, заложенных в основу работы регуляторов. Это:

• ступенчатые устройства автотрансформаторного типа;
• электронные модули ШИМ;
• контроллеры на полупроводниковых элементах.

Ступенчатое регулирование с использованием автотрансформатора реализуется за счет изменения числа витков, подключаемых к входу вентилятора. Широтно-импульсные методы управления основаны на варьировании мгновенной мощности, передаваемой в нагрузку. Регуляторы на полупроводниках работают по тому же принципу, но в них рабочую функцию выполняют тиристоры или симисторы.

Простейший способ увеличения и уменьшения скорости

Работу регулятора рассмотрим на примере простейшей автотрансформаторной схемы.

Питающая сеть 220 Вольт подключается к катушке автотрансформатора Т1, имеющей несколько ответвлений. При последовательном подсоединении нагрузки к ответвлениям 1, 2 и 3 на обмотку М1 поступает лишь часть сетевого напряжения. Одновременно с его уменьшением снижается скорость вращения вентилятора. К достоинствам таких систем относят получение на выходе неискаженной синусоиды, а к недостаткам – невозможность плавного управления.

Монтаж и подключение регулятора скорости

Известные модели бытовых регуляторов выпускаются в следующих исполнениях:

• Настенное изделие для открытой установки.
• Стенной регулятор для скрытного монтажа.
• Модель, монтируемая на DIN рейку.

Обратите внимание: Порядок установка двух первых позиций такой же, как при монтаже розеток или выключателей освещения в скрытном или открытом исполнении.

Монтаж встроенного регулятора

На фирменном изделии наносится маркировка, обследовав которую даже новичок сможет подключить регулятор скорости к вентилятору самостоятельно. При наличии обычного выключателя для установки новой модели может использоваться старое посадочное место.

Если управляющий модуль и регулятор размещены в двух разных корпусах – монтаж устройства несколько усложняется. Сетевое напряжение поступает на блок управления прямо от электрощита, а связь с исполнительным модулем осуществляется посредством слаботочного провода.

Как уменьшить или увеличить скорость вентилятора вытяжки

В вытяжных системах увеличение или снижение скорости вращения вентилятора позволяет изменять интенсивность потока, влияющую на воздухообмен в целом. Для управления им используется один из уже рассмотренных способов (путем изменения напряжения или частоты тока).

На практике применяется первый из приемов, так как частотный регулятор в данном случае будет стоить дороже самого вентилятора. Особенность этого способа заключается в его простоте и дешевизне, что очень важно для бытовых систем и устройств, применяемых в помещениях общественного пользования.

Увеличить или уменьшить скорость вытяжки удается простым механическим способом. Для этого в некоторых образцах модулей управления предусматривается небольшое колесико, посредством которого ступенчато или плавно меняются обороты двигателя.

Снизить скорость вентилятора радиатора

Отрегулировать скорость вращения вентилятора радиатора, охлаждающего процессор ПК можно двумя способами:

1. Изменением некоторых настроек BIOS.
2. Программным способом.

Использование специальных программ порой вызывает некоторые затруднения, поэтому проще будет рассмотреть первый из этих вариантов. Для его успешной реализации пользователю достаточно придерживаться следующей инструкции:

• Включить ПК и известным способом перейти в БИОС.
• В появившемся окне найти вкладку «Power».
• Затем перейти в раздел «Hardware Monitor».

Дальнейшие действия производятся согласно подсказкам системы.

Изменение регулировок в БИОС

Уменьшить скорость вентилятора 3 PIN

В ситуации, когда на материнской плате ПК имеется 3-хпиновый разъем – допускается подключать к нему большинство моделей типовых вентиляторов с ШИМ регулятором. Но это возможно лишь при наличии соответствующего соединителя. Режим регулировки такими устройствами поддерживается при наличии как 3-пинового разъема, так и его 4-пинового аналога.

При этом имеется одна тонкость, состоящая в том, что датчик оборотов работать не будет. Когда на видеокарте стоит 4-пиновый разъем – для ее охлаждения может применяться лишь родной вентилятор. В противном случае возникнут непредвиденные осложнения с управлением скоростью его вращения (настроить режим будет очень сложно).

РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ВЕНТИЛЯТОРА ЭЛЕКТРОННЫЙ SB034 6A

Регулятор скорости вращения вентилятора SB034-6A, предназначен для управления приточным, вытяжным вентилятором с асинхронным двигателем. Рабочий ток регулятора позволяет управлять нагрузкой в 1кВт без каких-либо затруднений.
Регулятор скорости вентилятора плавно разгоняет двигатель до нужного значения. Возможность дистанционного управления в ручном или автоматическом режиме предоставляет широкие возможности конечному пользователю.

Модель регулятора SB034 значительно превосходит по своим техническим характеристикам тиристорные и симисторные регуляторы скорости вращения вентилятора. В сравнении с частотным регулятором скорости, модель регулятора SB034 выгодно отличается ценовым предложением.
Особо выделим уникальность схемотехники, позволяющая регулятору скорости вентилятора делать это бесшумно, то есть полностью исключить гул 50Гц.

Автоматический режим изменения скорости вращения вентилятора осуществляется входным управляющим сигналом 0-10В.

Область применения регулятора скорости:

— Управление вентилятором в приточной или вытяжной вентиляции квартиры, складском или коммерческом помещении;
— Может входить в состав комплексного оборудования, например, курительные кабины, ламинарные шкафы (боксы) и т.п.

Настройки регулятора скорости вращения вентилятора:

— Возможность ограничения минимального значения выходного сигнала. — Регулятор скорости вентилятора имеет реле статуса работы вентилятора, что позволяет его использовать, например, для разрешения работы канального электро калорифера при совместной работе с вентиляцией. Реле включено, когда вентилятор работает. В режиме отсечки, при остановке вентилятора реле отключается.

Отличительными свойствами регулятора является:

— бесшумная работа двигателя вентилятора;

— автоматическое плавное регулирование выходной мощностью (внешнее управление);
— уменьшение износа двигателя при использовании устройства;
— изменение выходной мощности осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Это позволило получить синусоидальный ток во всем диапазоне регулирования. Диапазон регулирования устройства максимально возможный;
-сведены к минимуму электромагнитные помехи, возникающие в результате работы любого частотного регулятора скорости;
— универсальный пластиковый корпус с креплением на Дин-рельс.

В отличии от широко распространённого метода подключения регуляторов, когда используется общая нейтраль «N», для питания регулятора и вентилятора. Регуляторы серии SB03X подключаются раздельно.
То есть на обозначенные входа подается

220В, а вентилятор подключается к клеммам с выходным сигналом.

Никаких объединений общей «N» не допускается. Если подключить с объединением, то регулятор скорости выйдет из строя.
Далее, в наших регуляторах предусмотрен «Вход включения» (контакты «1» и «4»).
Это сделано для того, чтобы можно было выключить вентилятор, когда в его работе нет потребности, но в то же время регулятор находится в режиме ожидания, помаргивая зеленым светодиодом. Потребление регулятором электроэнергии в режиме ожидания ничтожно, и на бюджете пользователя не скажется.

Варианты изменения скорости:

1. Потенциометром (ручкой) встроенной в регулятор. Этот вариант используется, если нужно вращения вентилятора всегда на одной скорости, принцип «настроил и все». Включениевыключение проводить через обыкновенный выключатель, который как раз подключен к входу включения (между контактами «1» и «4»)

2. Выносной ручкой управления (потенциометром). У нас она проходит с маркировкой SB006, также можно использовать переменный резистор сопротивлением 5кОм. Здесь обязательно нужно, встроенной ручкой установить минимальное значение скорости вращения вентилятора в %. Далее в установленном диапазоне, Ваше минимально значение Х% -100% и будет вестись регулировка скорости вращения вентилятора, при вращении выносной ручки.

3. Входным напряжением 0-10В с внешнего контроллера. Здесь, наверное, будет уместно объяснить простым языком, что такое 0-10В Итак, 0-10В относится к аналоговому управляющему сигналу. В таком формате достаточно легко масштабировать, в нашем случае выдаваемую мощность на вентилятор.

Пример. Вы встроенным потенциометром установили значение минимальной скорости вращения 40%. Это значит, что регулировка будет вестись в диапазоне 40%-100%. Теперь ВНИМАНИЕ. Фокус. Смотрим на нижнюю прямую: сигнал 0-10В, его можно также представить, как 0-100%.

Очевидно, что изменение управляющего сигнала на 1В, соответствует изменению выходной мощности на 10%. Таким образом, когда мы подаем 5В, скорость вращения вентилятора станет 50%, а при 10В максимальна и равна 100%. Встроенным потенциометром, мы определяем значение, от куда будет вестись нужная нам регулировка.

Включение регулятора осуществляется управляющим сигналом, значение которого отлично от нуля. Для расчета нужного значения сопротивления, которое нужно установить между контактами 1 и 4 вместо перемычки, используйте следующую формулу для расчета.