Фазовый регулятор напряжения 220в для чего нужен
Регулятор мощности
Часто бывает, что требуется осуществить регулировку какого-либо прибора, но некоторые из них не имеют встроенного регулятора. Также такая необходимость может коснуться электродвигателей и элементов освещения. Для этого применяется фазовый регулятор мощности.
Что такое фазовый регулятор
Обычно фазовый генератор представляет собой небольшое устройство с поворотным механизмом, которое позволяет уменьшать или увеличивать подаваемую на приборы мощность. Работа таких устройств основана на одном небольшом полупроводниковом приборе, называемом симистором. Он позволяет изменять конфигурацию и фазность сигнала, что меняет и мощность приборов.
Что собой представляет фазовый регулятор
Обратите внимание! Такой прибор можно купить в магазине или же собрать для своей цепи самостоятельно. Применяют его для одно- и трехфазных сетей с небольшими различиями в конструкции.
Технические характеристики
Фазовый регулятор мощности имеет несколько важных характеристик, изменение которых влечет перемены в работе всей цепи. Разобрать данные характеристики можно на примере регуляторов марки PR, которые являются одними из самых популярных:
Для разных целей и цепей требуются регуляторы с различными характеристиками. В зависимости от цепи может понадобиться другая мощность регулятора, номинальное напряжение или частота тока.
Важно! У любого устройства регуляции мощности нужно обращать внимание на температурные пределы, особенно на верхнюю границу. Устройство при работе само выделяет большое количество тепла, а высокая окружающая температура может вызвать порчу схемы и даже возгорание.
Как работает фазовый регулятор
Главную роль в работе фазового регулятора играет симистор. Он представляет собой нелинейный ключ на основе полупроводника. Данный элемент был получен благодаря усовершенствованию тиристора. Главное отличие состоит в том, что этот полупроводниковый ключ в открытом состоянии пропускает ток не в одном, а в двух направлениях. Это свойство дает симисторам возможность применения в цепях с переменным током, так как на них никак не влияет полярность напряжения, которая постоянно меняется в данных цепях.
Наличие нового свойства не означает отсутствие старого, характерного и для симисторов, и для тиристоров. Даже когда электрод управления отключен, проводимость всего элемента активна. Момент, когда элемент закрыт, наступает только тогда, когда переменный ток находится в положении ноль (то есть разность потенциалов на двух других контактах будет также равна нулю).
Обратите внимание! Еще одно полезное свойство применения симистора в качестве основного элемента — подавление помех на фазе при закрытии элемента. Это намного проще транзисторного регулятора, который также умеет уменьшать шумы входного сигнала.
Все эти характеристики позволяют конструкции на основе симисторов осуществлять фазное изменение в сигнале. Каждый полупериод проводимость отключается, а время между закрытием и открытием прибора срезает часть периода. Сигнал из-за этого становится пилообразной формы. Путем изменения формы сигнала и происходит фазовое управление мощностью тока.
Важно! Симистор никак не влияет на амплитуду напряжения, поэтому название «регулятор напряжения» неправильно.
Назначение
Регулятор мощности пригодится в цепях, содержащих следующие электрические приборы:
Важно! Не рекомендуется использовать фазовый регулятор в цепях, в которые включены холодильники, компьютеры, телевизоры и прочие потребители с тонкой настройкой, изменения характера работы которых может повлечь порчу устройства или другие непредсказуемые последствия.
Как правильно использовать
Безопасность и успешность работы регулятора зависят от соблюдения нескольких правил:
Схема фазового регулятора
Ниже приведена одна из самых простых схем фазового регулятора. Два транзистора как раз тут заменены симистором, что значительно упрощает устройство. Также в схеме указаны кнопка для включения и отключения работы модуля, предохранитель и резистор R3, который и управляет работой симистора. При прохождении через него ток принимает некоторое значение и через диод, который выпрямляет его, подается на управляющий электрод, изменяя работу полупроводника.
К сведению! Конденсаторы выполняют роль фильтров, которые удаляют из сигнала шумы и пульсации.
Следующая схема устроена несколько сложнее.
Схема с пятью кнопками
Модуль имеет четыре установленных временных задержки, которые зависят от конденсаторов и сопротивления R1. В схеме присутствует выключатель с пятью кнопками, с помощью которого устройство включается/выключается, а также происходит выбор времени задержки.
Собрать фазовый регулятор можно самостоятельно или купить готовый в магазине. При использовании необходимо соблюдение его рабочих параметров. Особое внимание нужно уделить температурному режиму.
Фазовый регулятор мощности PR-1500 (1500Ватт)
В последнее время в магазинах радиотоваров появилась в продаже микросхема фазового регулятора мощности PR-1500, который предназначен для применения в бытовых электроприборах и осуществляет плавное регулирование напряжения в цепи нагрузки с номинальной мощностью до 1500 Вт.
Особенностью регулятора является плавное регулирование напряжения при малых углах проводимости вплоть до нулевого значения напряжения.
С помощью данной микросхемы можно регулировать яркость осветительных ламп накаливания, мощность электронагревательных приборов (паяльников, обогревателей помещений, инкубаторов и теплиц), частоту вращения коллекторных двигателей переменного тока, применяемых в электроинструменте, пылесосах и пр.
Технические характеристики фазового регулятора мощности PR-1500:
На рисунке 1 показаны габаритные и установочные размеры регулятора, а также типовая схема включения.
Типовая схема включения
Электроды регулятора обозначены буквами К, А, УЭ (катод, анод, управляющий электрод). Хотя регулятор и предназначен для работы на переменном токе, выводы анода и катода не аналогичны, что определяет схему подключения переменного резистора R1 (между анодом и управляющим электродом).
Ток, протекающий через переменный резистор, не превышает 0,3 мА во всем диапазоне регулирования мощности, а напряжение на этом резисторе изменяется от 0 (при подаче максимальной мощности в нагрузку) до полного напряжения сети (при нулевой мощности в нагрузке). Мощность, выделяющаяся на переменном резисторе, не превышает 0,2 Вт.
При подаче в нагрузку максимальной мощности форма импульсов имеет вид, показанный на рисунке 2.
Рис. 2. Форма импульсов при максимальной мощности нагрузки.
При этом значение угла открывания ф0 составляет около 20. 30°, а напряжения открывания Uo (мгновенное значение) – соответственно 100… 150 В (при напряжении питающей сети 220 В). Подключенный между анодом и катодом регулятора вольтметр при этом показывает напряжение 8… 10 В действующего значения.
Следует отметить, что регулятор способен работать при снижении напряжения питания до 100 В. Для снижения уровня помех, образующихся при работе регулятора, следует использовать соответствующий LC-фильтр, включаемый на входе регулятора мощности.
Увеличение мощности
Если мощность в нагрузке превышает 1500 Вт, для регулирования следует использовать тиристоры (рис. 3, а) или симисторы (рис. 3, б), рассчитанные на соответствующие токи.
Рис. 3. Схема подключения фазового регулятора мощности к тиристору и симистору для увеличения мощности.
Предельное значение тока через нагрузку составляет 100 А (для схемы на рис. 3, а) и 50 А (для схемы на рис. 3, б). Мощность нагрузки при указанном сетевом напряжении может составлять соответственно 22 кВт и 11 кВт. В обоих случаях через нагрузку протекает переменный ток.
Управление с гальванической развязкой
В некоторых случаях может возникнуть необходимость включения или отключения нагрузки с помощью слаботочного сигнала управления, гальванически развязанного от питающей сети.
При этом сигнал управления может формироваться за несколько десятков или даже сотен метров от цепей питания нагрузки. Соответствующая схема приведена на рис. 4.
Рис. 4. Схема управления фазовым регулятором мощности с опторазвязкой.
При подаче управляющего напряжения фотосимистор опто- пары U1 открыт, и регулятор VS1 находится в проводящем состоянии, степень которого определяется положением движка переменного резистора R2.
При отсутствии управляющего напряжения ток через светодиод оптопары не протекает, и фотосимистор закрыт при любом положении движка переменного резистора R2.
В описанных выше регуляторах мощности переменные резисторы могут быть типов СП-1, СП-04, СПЗ-4М, СПЗ-ЗО. Мощные тиристоры VS1, VS3 могут быть также типов Т122-25, Т132-25, Т142-40, Т142-63, Т142-80; мощный симистор VS1 может быть типов ТС112-16, ТС 122-20, ТС 132-40, ТС132-50, ТС142-63, ТС142-80. В качестве оптопары U1 может быть использована также зарубежная МОС3021 или отечественная АОУ160 (А, Б, В).
Сильноточные цепи должны быть выполнены монтажным проводом сечением не менее 1 мм2 для тока нагрузки 7 А и не менее 15 мм2 — для тока нагрузки 100 А.
С целью исключения поражения электрическим током ручка переменного резистора должна быть выполнена из электроизоляционного материала. При работе на нагрузку мощностью 1500 Вт регулятор мощности должен быть установлен на радиатор площадью около 150 см2.
Регуляторы напряжения на 220 В своими руками
Создав регулятор напряжения 220 В (в дальнейшем РН), пользователь получит возможность определять его величину, поступающую в электроприборы. Станет возможной настройка уровня нагрева, света, оборотов не слишком мощных моторов бытовых аппаратов простым поворотом селектора на такой самоделке. Сборка не слишком сложная, поэтому кустарное изготовление целесообразное. Мы выбрали и рассмотрели самые понятные схемы с обозначением характеристик деталей для конструирования РН 0–220 В своими руками.
Что такое регулятор напряжения 220 В
Сокращенное название рассматриваемого прибора — РН 0–220 В. Самый простой такой аппарат — это диммер для ламп накаливания. Устройство настраивает сетевые параметры напряжения, повышает/понижает степень выходного сигнала на диапазоне, зависимом от значения разности потенциалов на его выходе. Поддерживает заданный вольтаж цепи потребителя.
Аппарат регулирует (плавно или ступенчато) именно саму величину напряжения, вольтаж, от которого также зависит мощность в диапазоне возможностей подключенного агрегата. Работает с нагрузкой реактивной, активной, только надо уточнять, подходит ли конкретная сборка, особенно для последней. А также всегда надо сопоставлять, на какую обслуживаемую мощность (Ватты) рассчитана схема.
РН изменяет согласно настройкам пользователя уровень выходного сигнала из сети 220 В, подаваемый на подключенную к нему нагрузку. Таким образом, устанавливается параметр, подходящий для запитывания конкретного прибора, а чаще для регулировки его работы (снижение/повышение оборотов маломощных электромоторов, яркости света).
Важно: РН-220 В понижает/повышает только значение напряжения (В), выходящего из сети 220 В — ток (Амперы), мощность (Вт, кВт) он не регулирует, эти величины изменяются уже самой полезной нагрузкой, ограниченной рамками своих характеристик, согласно поданным вольтам. Прибор иногда называют «регулятором мощности», так как изменяются также возможности подключенного потребителя по указанным параметрам. Но РН надо отличать от такового, как и от регулятора тока.
Регулятор напряжения применяют:
Чаще всего бытовой РН 0–220 В применяется для плавного вкл./выкл. приборов.
В заводских моделях обычно также есть микросхема для стабилизации напряжения при его скачках, обеспечивающая работу приборов в любом режиме. Тиристорный регулятор по англоязычным стандартам именуют Voltage Controller. РН снабжают универсальные блоки питания, на которых можно настраивать вольтаж.
Виды, принцип работы, особенности
РН по нашей теме предназначен только для переменного напряжения, то есть для обычной домашней сети 220 В.
Чаще всего собирают на базе таких деталей:
В схемах присутствуют также конденсаторы, резисторы постоянные, настроечные. Именно селекторами последних осуществляется регулировка. Сложные сборки могут включать микросхемы.
РН максимально результативные для резистивных (активных, омических) нагрузок, то есть являющихся частью потребляемой мощности подсоединяемого/отключаемого потребителя. Это сопротивление движению тока, например, в виде резистора, на точке, где электричество преобразовывается в тепло.
Резистивная нагрузка — это нагревательные элементы, ТЭНы, лампы накаливания (не «экономки»).
В индуктивной нагрузке ток (там он значительно ниже, чем при резистивной) отстает от напряжения, создается реактивная мощность. Это асинхронные электродвигатели, электромагниты, дроссели, трансформаторы, выпрямители. С ними РН не будут работать или будут, но не эффективно, создавая риск поломки оборудования. Там регуляторы напряжения не всегда целесообразные.
Тиристорный прибор нельзя использовать со светодиодными (экономными) и люминисцентными лампами. Конденсаторные регуляторы не позволяют плавно менять напряжение.
Сборка регулятора напряжения на симисторах
В основе работы симисторного РН — фазовое смещение открывания ключа. Детали схемы можно разделить на две группы:
С помощью резисторов R1 и 2 сконструирован делитель напряжения. Сопротивление на первом переменное, что дает возможность регулировать значение на отрезке R2–C1. Между указанными деталями поставлен динистор DB3. Конструкция работает с мощностью около 100–150 Вт.
Второй вариант
Данный способ сборки на симисторе своими руками почти аналогичен предыдущему. Схема базируется на дешевом симисторе BT136. Сборка предназначена для работы в пределах 100 Вт.
Как работает: через цепь DN1 (динист.) — C1 (конд.) — D1 (диод) ток течет на DN2 (симист.). Последний открывается и момент этого зависит от емкости C1, заряжаемого через R1 и 2 (резисторы). Получается требуемый алгоритм: модуляцией сопротивления R1 настраивается скорость заряда конденсатора.
Конструкция чрезвычайно простая, но отлично справляется с настройкой вольтажа нагревательных приборов с вольфрамовой нитью. Но есть минус: отсутствует обратная связь, поэтому применять самоделку для регулировки оборотов коллекторного электродвигателя нельзя.
Третий вариант РН на симисторе с иллюстрацией этапов, фото деталей
Нижеуказанная схема может обслужить нагрузку до 1 кВт. Потребуется конденсатор 0.1 мкФ×400 В и следующее:
Графически схема выглядит так:
Детали можно спаять между собой, но рассмотрим вариант с платой — ее вытравливают и лудят стандартными методами, макет ниже:
Припаиваем симистор, переменный резистор. Конденсатор в нашем случае на плате со стороны лужения, так как у пользователя он был со слишком короткими ножками.
Далее, динистор: у него нет полярности, вставляем как угодно. Затем установка всего остального: диода, резистора, светодиода, перемычки, винтового клеммника.
Конструкция помещается в любую коробочку, пример:
Самоделка в дополнительных настройках не нуждается. Можно применять не только для сети 220 В на стандартные приборы, но и для любого источника с переменным током от 20 до 500 В. Данный диапазон определен предельными характеристиками радиоэлементов.
На транзисторах
Сборки на транзисторах больше подходят для индуктивной нагрузки, ими можно регулировать обороты электродвигателей.
Простая схема
Данная сборка очень практичная — этот регулятор напряжения представляет собой простой блок питания, универсальный адаптер к радиоустройствам на разные напряжения (вольтаж). Собрать сможет даже пользователь с начальными познаниями и небольшим опытом.
Спаять элементы можно без площадки, но покажем, как это сделано с ней. Создаем плату:
Подсоединяем к питанию, выход оснащаем светодиодом, подключаем нагрузку (лампу), моторчик, тот же светодиод (в нашем примере он). Двигаем регулятор — наблюдаем изменение напряжения.
Особенность: диапазон обслуживаемой мощность и ток нагрузки ограничены предельными характеристиками транзистора — примерно половина 1 Ампера. Для увеличения диапазона такого регулируемого стабилизатора надо брать транзисторы КТ805, 819.
Другие варианты маломощных транзисторных схем
С 2 деталями: транзистором и переменником. Алгоритм элементарный: последний указанный элемент индуцирует (отпирает) первый. Чем ниже номинал настроечного резистора, тем более плавная регулировка. Это вариант для маломощной нагрузки, например, для вентиляторов, слабых электромоторчиков, светодиодов. Транзистор нагревается сильно, поэтому радиатор желательный.
Мощная сборка
Опишем особо мощный регулятор для нагрузки в несколько кВт. Тут ток на нагрузку идет также через симистор, но управляется все через каскад транзисторов. Переменником настраивается ток, поступающий в базу первого транз. (маломощного), а тот посредством коллекторно-эмиторного перехода осуществляет управление базой уже мощного транз., который реализует открывание/закрывание симистора. Так создается возможность очень плавной настройки огромных токов на нагрузке.
Схема самодельного РН 220 В с тиристорами
Тиристорные сборки также эффективные, одновременно они не отличаются особой сложностью. Силовым ключом тут выступает тиристор. Главное отличие от самоделок на симисторах — каждая полуволна имеет свой индивидуальный ключ, снабженный динистором для управления.
Для схемы взяли отечественные детали. При установке тиристора VS1, диодов VD1–VD4 на радиаторы (охладители), то устройство сможет работать с нагрузкой в 10 А: при 220 В можно будет обслуживать 2.3 кВт.
В сборке лишь 2 силовых элемента: диодный мост, тиристор. Детали рассчитаны на 400 В, ток 10 А. мост трансформирует переменное напряжение в однополярное пульсирующее, фазовую настройку полупериодов обеспечивает тиристор.
R1 и 2, стабилитрон VD5 — это параметрический стабилизатор, ограничивающий напряжение, подаваемое в узел управления на отметке 15 В. Последовательное размещение резисторов требуется для повышения пробивного напряжения и рассеиваемой мощности.
C1 без заряда, в месте соединения R6 и 7 тоже нулевое напряжение, но постепенно оно там растет. Чем ниже сопротивление на резисторе R4, тем быстрее через эммитер VT1 перегонится напряжение на его базе, транзистор откроется. VT1 и 2 (транзисторы) — это состав маломощного тиристора. При достижении значения на переходе база/эмиттер VT1 пороговой отметки транзистор открывается и отпирает VT2, а тот в свою очередь — тиристор.
Второй вариант
Описанным ниже регулятором настраивают скорость вращения электродвигателей, нагрев паяльника и подобное. Такой прибор отчасти верно назвать регулятором мощности, но правильно будет также именовать его и РН, так как, по сути происходит регулировка фазы — времени, за которое сетевая полуволна попадает в нагрузку. С одной стороны настраивается напряжение через скважность импульса, с иной — мощность появляющаяся на нагрузке.
Наиболее результативный прибор для резистивной нагрузки — лампочек, нагревателей. С индуктивной будет справляться, но не так эффективно, при слишком малой величине точность диапазона настройки снизится. Существуют две почти идентичные схемы по описываемому варианту:
Схема регулятора состоит из доступных деталей, ее можно полностью собрать из таковых даже советского периода. При включении (как на изображении) выпрямительных диодов прибор выдержит до 5 А, что соответствует 800 Вт…1 кВт. Но надо поставить радиаторы для охлаждения.
Мощность можно повысить, если заменить диоды, рассчитанные на больший необходимый ток. Также можно вместо тиристора КУ202 с пределом в 10 А поставить помощнее: Т122, Т132, Т142.
Деталей не много, допустим навесной монтаж, но с платой сборка будет красивее и комфортнее. Стабилитрон Д814В можно поменять на любой с 12–15 В. Из коробочки выведен разъем для вилки.
Модификация, особенности, демонстрация работы
Схема также может поместиться в корпусе наружной розетки, в маленькой пластиковой распаячной коробке. Мощность самоделки ограничена диодным мостом (1000 В, 4 А), тиристором. Напомним, в нашем примере предел чуть больше 800 Вт, максимум — 1000 Вт. Для бытовых условий этого более чем достаточно.
Радиаторы на тиристоры и диоды крайне рекомендованы — в данном случае они не просто желательные, а жизненно необходимые, так как перегрев может быть значительным. Минимальная мощность резистора R1 — 2 Вт
Другие популярные схемы
Приведем простые, доступные проверенные схемы. Опишем их кратко, так как на самом изображении есть расшифровка элементов.
Для паяльника
Чрезвычайно простые схемы для плавной регулировки нагрева паяльника применяют для предотвращения перегрев жала.
Первая схема включает мощный симистор, управляющий линией тиристор-переменник.
Другой простейший вариант для паяльника: нагрузка управляется одним тиристором, степень включения его определяется регулировкой переменного резистора, диод поставлен для защиты от обратного напряжения.
На микросхеме
Применена микросхема фазового регулирования 1182ПМ1. Этот контроллер управляет уровнем открытия симистора, который контролирует нагрузку. Хорошо подойдет для настройки яркости лампочек накаливания.
Для лампочек накаливания с тиристором
Данная сборка регулирует накал обычных лампочек. Регулятор напряжения 220 В на тиристоре своими руками конструируется из диодного моста, конденсатора, двух резисторов — постоянного и переменника. Селектором последнего меняется влияние на ключ этого тиристора, что модулирует его пропускную способность по току.
Советы
Фазные регуляторы создают значительные помехи в сети, поэтому на кабель питания ставят сглаживающие фильтры. Самыми элементарными такими приспособлениями являются ферритовые кольца (часто их имеют шнуры компьютерные, от мониторов). Есть разборные блочки с ними, устанавливаемые защелкиванием, но также можно такие кольца взять от трансформаторов от б/у плат с микросхемами.
Все элементы обязательно изолируют, учитывают, что на них подается 220 В и значительный ток.
Предостережения по индуктивной нагрузке
При высокоиндуктивной нагрузке, для которой характерно отставание тока напряжения, тиристоры могут не закрываться до конца, есть риск поломки обслуживаемых приборов — дрелей, шлифмашинок, болгарок. Поэтому надо уточнять на спецфорумах параметры сборки для такого оснащения, для него есть именно специализированные устройства — регуляторы оборотов.
Тиристорный РН хорошо функционирует в коллекторных двигателях со щеточными узлами, в асинхронных устройствах изменять обороты не сможет.