Трехфазный регулятор тока своими руками

Трехфазный регулятор мощности своими руками

Регулятор мощности тиристорный, напряжение и схемы своими руками — Токарь Мастер

Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.
Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).

Принцип работы фазового регулирования

Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.

На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.

Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.

Мощность, близкая к максимальной

Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) – незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.

Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.

Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа – создание высокого уровня помех в электросети.

В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.

Переключение тиристора через «ноль»

Обозначения:

• A – график полуволн переменного напряжения;
• B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
• C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
• D – 75% от максимума.

Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.

: Испытания тиристорного регулятора мощности

Схема простого регулятора мощности

Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.

Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.

Радиоэлементы, обозначенные на схеме:

• VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
• VS- KУ203В или его аналог;
• R1 – сопротивление с номиналом 15кОм;
• R2 – резистор переменного типа 30кОм;
• С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
• Rn – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).

Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R2) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.

Влияние сопротивления R2 на работу регулятора

Пояснение к рисунку:

• график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
• график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
• график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t2) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.

Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.

Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:

• подавать напряжение через сглаживающий фильтр (его схему несложно найти), самый простой вариант реализации – ферритовое кольцо с обмотанным вокруг него сетевым кабелем;Фильтр на основе ферритового кольца от кабеля монитора
• собрать устройство, не создающее помехи, приведем пример такой схемы.

Регулятор мощности на микроконтроллере

Бытовые электроприборы в наших домах подключаются к одной из фаз трехфазного переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Часто бывает необходимо регулировать мощность и напряжение на входе.

Простейший регулятор мощности можно сделать на трансформаторе.

• Способы регулирования мощности
• Принцип работы тиристорного ключа
• Симистор как симметричный тиристор
• Динистор как симистор без управляющего входа
• Простейшая схема симисторного регулятора
• Использование микросхемы К1182 ПМ1
• Регулятор мощности на микроконтроллере

Способы регулирования мощности

Соотношение напряжения на входе и выходе определяется числом витков в первичной и вторичной обмотках. Сделав много отводов на вторичной обмотке, можно осуществить ступенчатое регулирование. По такой схеме работают релейные стабилизаторы напряжения.

Плюсов у такой схемы немало. В первую очередь, это ее простота. А также высокий КПД трансформатора, гальваническая развязка входа и выхода, чисто синусоидальная форма выходного тока.

Однако, на частоте сети 50 Гц мощные трансформаторы становятся тяжелыми и громоздкими, невозможно плавно регулировать мощность, определенные проблемы возникают при коммутации обмоток.

Другой способ регулирования мощности называется методом фазового регулирования. При этом способе нагрузка подключается к источнику через электронный ключ.

Ключ прерывает цепь питания на определенную долю периода синусоиды переменного тока. Меняя время закрытого состояния ключа, можно регулировать величину мощности, передаваемой в нагрузку и действующее значение напряжения на выходе.

Принцип работы тиристорного ключа

Для работы в режиме фазного регулирования надо открыть ключ с некоторой задержкой относительно начала полупериода и оставить его в открытом состоянии до конца полуволны, когда ток будет переходить через 0.

Для этой цели как нельзя лучше подходят приборы из семейства тиристоров.

Тиристор очень похож на биполярный транзистор. У него тоже три электрода: анод, катод и база. Он также управляется базовым током. Но в отличие от биполярного транзистора, тиристор сохраняет открытое состояние и после снятия управляющего сигнала до того момента, пока ток через него не снизится практически до нуля. Это и нужно для реализации схемы фазового регулирования.

Симистор как симметричный тиристор

Тиристор — прибор с тремя p-n переходами. Структура тиристора имеет вид p-n-p-n или n-p-n-p. То есть, как и транзисторы, тиристоры бывают прямой и обратной проводимости. Тиристорный ключ проводит ток в одном направлении в зависимости от своего типа.

Если соединить два тиристора с разными типами проводимости параллельно, объединив управляющие входы, мы получим симметричный тиристор — симистор. Он работает точно так же, как и тиристор, но пропускает ток в обоих направлениях.

В качестве примера можно взять отечественный симистор КУ208Г.

Характеристики симистора:

• Максимальное напряжение — 400 В;
• Максимальный ток в открытом состоянии (импульсный) — 10 А;
• Напряжение на открытом ключе — 2 В;
• Максимальный ток отпирания не более — 160 мА;
• Предельная скорость нарастания напряжения — 10 В/мкс;
• Максимальная рабочая частота — 400 Гц.

Динистор как симистор без управляющего входа

Симистор без управляющего входа называется динистором. Характеристика динистора приведена на рисунке ниже.

Из нее следует, что динистор работает наподобие разрядника. Когда напряжение между его катодом и анодом превышает определенную величину, он переходит в открытое состояние и начинает проводить ток. Динистор удобно использовать для управления тиристорными ключами.

Простейшая схема симисторного регулятора

Рассмотрим самую простую схему симисторного регулятора напряжения.

В этой схеме всего пять элементов, но она вполне работоспособна. Время заряда емкости регулируется переменным резистором.

Когда напряжение на конденсаторе достигнет уровня примерно 30 В, динистор начинает проводить ток и открывает симистор, который остается в открытом состоянии до конца полупериода, когда ток начнет переходить через 0. Затем цикл повторяется уже с другой полярностью.

Это универсальная схема. Она может применяться для самых разных нагрузок. Для управления индуктивными нагрузками, такими как двигатель пылесоса, необходимо защитить симистор от бросков напряжения при выключении варистором и RC-цепочкой, присоединенными параллельно симистору.

Использование микросхемы К1182 ПМ1

Для построения тиристорных и симисторных регуляторов выпускается специальная микросхема К1182 ПМ1. На кристалле микросхемы реализована почти законченная схема фазового регулятора мощности.

Два тиристора включены параллельно и навстречу друг другу. Их управляющие входы подключены чрез развязывающие диоды к выходу блока управления. Встроенный диодный мост вырабатывает напряжение питания для блока управления.

На выводы AC1 и AC2 подается напряжение 220 В. К выводам UST1+ и UST2+ подключаются конденсаторы, формирующие задержку включения тиристоров. К выводам С+ и C- подключается элемент управления — переменный резистор или RС цепочка.

Ниже приведены рекомендованные производителем схемы включения маломощных нагрузок непосредственно к микросхеме.

При необходимости подключения мощных нагрузок используются внешние тиристоры или симисторы.

Вариант с двумя тиристорами.

Вариант с симистором.

Микросхема выпускается в трех типах корпусов:

• 16 выводной Power DIP-(12+4);
• 8 выводной DIP-8;
• 8 выводной планарный SO-8.

Собрать симисторный регулятор мощности своими руками может любой радиолюбитель.

В последнее время стало модным использовать для управления самыми разными устройствами микроконтроллеры. Микроконтроллеры, представляющие собой микрокомпьютер на кристалле, обвешанный к тому же и встроенными таймерами, АЦП, ЦАП и тому подобными устройствами, представляют разработчикам практически неограниченные возможности.

Тиристорный регулятор мощности своими руками: схемы

Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.

Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).

Принцип работы фазового регулирования

Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.

На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.

Трехфазный регулятор мощности своими руками

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

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:

• Симисторы довольно долговечны, так как в них отсутствуют механические контакты.
• Из-за отсутствия механической составляющей отсутствует искрообразование.
• В моменты нулевого сетевого тока симистор может проводить коммутацию, что тем самым снижает количество помех и обеспечивает высокую точность работы схемы.

В связи с вышесказанными достоинствами симисторы и регуляторы на их основе используются довольно часто.

Распространенные модели

Существуют модели готовых регуляторов мощности. Одним из представителей является модель РМ-2. Довольно простая модель и недорогая модель. Цена колеблется от 1300 до 1500 р.

Прибор рассчитан на напряжение от 30 до 400 В. А также есть возможность использовать как в домашних условиях, так и на производстве.

Как правило, прибор применяют для регулировки температуры различного электронагревательного оборудования.

Следующей модификацией будет модель РМ 2 16А.

Этот прибор в основном используют на крупных промышленных предприятиях, но также его можно использовать и в быту.

Задачей РМ 2 16 А, является изменение уровня освещения и управление вращением двигателей различного типа.

Входное напряжение не должно превышать 400 В, а нагрузка 16А. Цена этого аппарата может обойтись в 2300 рублей.

Модель РНЭ-1 нашла свое применение в бытовых условиях: для регулировки нагрева паяльника, изменение яркости ламп (использование в качестве диммера), а также с успехом можно подключить обогреватели и регулировать температуру. В конструкцию прибора входит защита от короткого замыкания, которая представлена в виде плавкого предохранителя. При чрезмерном перегреве срабатывает термозащита и регулятор останавливает подачу энергии к прибору. После остывания прибор вновь можно включить и эксплуатировать дальше. Небольшая цена является довольно весомым плюсом и составляет 1200 рублей.

Если покупатель обладает знаниями в области радиоэлектроники, то можно собрать регулятор тока своими руками, и модель NF будет лучшим выбором.

В комплект входят печатная плата из фольгированного стеклотекстолита, различные электронные компоненты.

Цена этой модели колеблется от 900 до 1100 рублей.

Схемы на основе симистора

Если по каким-то причинам нет возможности приобрести готовый регулятор мощности, то его вполне можно сделать своими руками. Заранее необходимо определиться, для какого электроприбора он будет изготовлен.

Зачастую при покупке обычного паяльника температура его настолько велика, что возможны отслоения дорожек на печатных платах, а также порча радиокомпонентов. Вот одна из схем регулятора мощности на симисторе.

Трехфазный регулятор мощности своими руками — Металлы, оборудование, инструкции

Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.

Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).

Источник