ТЕХНІЧНИЙ ПАСПОРТ На діючу модель «Сімісторний регулятор потужності на таймері КР1006ВІ1»

Міністерство освіти і науки України

СТАНЦІЯ ЮНИХ ТЕХНІКІВ

ТЕХНІЧНИЙ ПАСПОРТ

На діючу модель

«Сімісторний регулятор потужності на таймері КР1006ВІ1»

Модель виготовлена на заняттях гуртка

«Юні конструктори приладів РЕА»

Гратій Олександр Сергійович, студент 3 курсу ІДГУ

Гратій Денис Сергійович, студент 3 курсу ІДГУ

Керівник гуртка: Петрусенко О.Ф.

м. Ізмаїл, 2017 р.

Вступ

Сімісторний регулятор називають димером. Димер (від англ. мови dim - затемняти, у російській - світлорегулятор, у французькій - варіатор) - електронний пристрій, призначений для зміни електричної потужності (регулятор потужності). Зазвичай використовується для регулювання яскравості світла, що випромінюється лампами розжарювання або світлодіодами.

Найпростіший димер є змінним резистором (наприклад, реостат), але на такому регуляторі виділяється надто велика потужність, порівнянна на малих рівнях яскравості з потужністю навантаження, що обумовлює низький ККД і сильний нагрівання пристрою. Роль димера може виконувати автотрансформатор. Автотрансформатори в порівнянні з сімісторними і тиристорними димерами мають великі габарити і вагу, вимагають застосування великих механічних зусиль для управління і дороги, але видають неспотворений синусоїдальний (або дуже близький до нього) вихідний сигнал частотою 50 або 60 Гц у всьому діапазоні регульованої напруги без привнесення перешкод перемикання.

Найбільш компактними та економічними вважаються електронні димери. У всіх сучасних електронних димерах як силовий елемент використовується напівпровідниковий сімісторний або транзисторний ключ. Важливо пам'ятати, більшість електронних димерів видають на виході не синусоїдальний сигнал, а відсічені електронним ключем ділянки синусоїди. Підключати до таких димерів пристрої, що вимагають живлення від струму з низьким коефіцієнтом гармонік (у тому числі електродвигуни, індукційні трансформатори для галогенних ламп тощо), не можна: це може призвести до виходу з ладу внаслідок перегріву обмотки. Також дешеві електронні димери, не забезпечені спеціальним фільтром, вони можуть генерувати потужні електромагнітні перешкоди.

Перші димери мали механічний спосіб керування і могли виконувати лише одну функцію – змінювали яскравість світильника. Сучасні багатофункціональні світлорегулятори оснащені мікроконтролером та мають розширений набір функцій: управління яскравістю світла; автоматичне вимкнення; імітація присутності; плавне включення та відключення світла; різні режими затемнення та миготіння ("flash", "strobe", "fade", "smooth"); дистанційне керування (по інфрачервоному каналу, радіоканалу, акустичне (бавовна, шум із рівнем вище встановленого) або голосовими командами. Димери бувають сигнальними, наприклад, димери з вихідним інтерфейсом  0-10V. Такі димери подають команди на зовнішні контролери, електронні пускорегулюючі апарати (ЕПРА) та інші пристрої, які в свою чергу здійснюють регулювання світлового потоку, обертів двигуна, рівня звуку та ін.

Застосування

Димери застосовуються:

1.               для регулювання яскравості ламп розжарювання;
2.               для регулювання температури різних електронагрівачів резисторного типу (наприклад, паяльників та прасок);
3.               як автоматичні "пристрої плавного пуску" для ламп розжарювання.

Димери можуть застосовуватися з обережністю (оскільки існує ризик пошкодити двигун) для регулювання частоти обертання малопотужних електродвигунів.

Димери не слід застосовувати для радіоприймачів, телевізорів та інших пристроїв з трансформаторним живленням або імпульсним блоком живлення (у тому числі для люмінесцентних ламп з електронним баластом).
Опис та принцип роботи

У пропонованій схемі регулятора потужності комутуючим елементом є сімістор (тріак) (мал.1.). У радіоаматорській літературі автори конструкцій переважно застосовують фазоімпульсне управління, коли момент відкривання напівпровідникового ключа (тиристора, сімістора) визначається подачею напруги на керуючий електрод, а закривання відбувається тоді, коли струм через прилад стає менше струму утримання. У схемі регулятора потужності зупиняємося саме на такому принципі управління сімістором. На відміну від раніше запропонованих у літературі схем управління, запропонованої конструкції застосований більш ефективний спосіб прив'язки відліку часу затримки включення сімістора до моменту переходу напруги через нуль і більш точна витримка цієї тимчасової затримки.

Мал.1. Схема регулятора потужності

Напруга живлення схеми регулятора потужності, у вигляді малого споживання, обмежується за допомогою конденсатора, що гасить, С1. Резистор R1 потрібен у початковий момент включення пристрою в мережу, для обмеження струму через діодний міст VD1-VD4, коли конденсатор ще заряджений. Міст випрямляє струм, а стабілітрон VD9 забезпечує стабілізацію напруги живлення вузла, керуючого моментом включення сімістора. Конденсатор С2 необхідний згладжування пульсацій цієї напруги. За допомогою діодного мосту VD5-VD8, транзистора VT1, оптрона DA1 та супутніх радіокомпонентів здійснюється дуже точна прив'язка моменту переходу напруги через нуль. Коротко розглянемо його роботу. Резистори R2 і R3 гасять надлишок напруги мережі, так як далі використовуються низьковольтні компоненти. Будо запропоновано використовувати SMD-резистори типорозміру 1206, але ми не зважилися на цей експеримент. Далі напруга мережі перетворюється діодним мостом на півхвилі, що йдуть з частотою 100 Гц, а стабілітрон VD10 обмежує їх по амплітуді рівнем, який необхідний для роботи каскаду на транзисторі VT1, формуючи трапецеїдальні імпульси. Резистор R4 трохи «підвантажує» міст. При надходженні кожного трапецеїдального імпульсу конденсатор СЗ заряджається через діод VD11. Коли напруга на зрізі трапецеїдального імпульсу стає нижчою, ніж напруга на конденсаторі СЗ, відкривається транзистор VT1. Конденсатор СЗ розряджається через резистор R5, що обмежує, ділянку Е-К VT1 і світловипромінюючий діод оптрона DA1. У цьому формується імпульс тривалістю кілька сотень мікросекунд. Імпульс виникає приблизно за 200 мкс до переходу напруги через нуль. Оптрон DA1 збільшує крутість імпульсу та інвертує його. Потужність, що споживається цим вузлом, не перевищує 200 мВт.

Затримку включення сімістора щодо переходу напруги через нуль виконує мікросхема популярного таймера-генератора DA2 типу 555. На цій мікросхемі виконаний регульований одновібратор, що генерує на своєму виході імпульси високої точності по тривалості. Він запускається на вході «TRIGGER» вхідним негативним імпульсом. При цьому на виході «OUTPUT» після запуску встановлюється напруга, яка трохи не доходить до напруги живлення. Через вхід оптрона DA3 та світлодіод HL1 струм не протікає. Через резистори R7 і R8 заряджаються конденсатори С4-С6. Коли напруга на них досягне рівня 2/3 напруги живлення, по входу «THRESOLD» таймер переключиться в протилежний стан, тобто на виході буде напруга близька до напруги загальної шини. На виході «-DISCHARGE» також встановлюється низька напруга. Конденсатори С4-С6 через внутрішній транзистор мікросхеми розряджаються загальну шину. Таким чином формується високостабільні за тривалістю імпульси. Стабільність їх в основному залежить від тимчасової та температурної стабільності застосованих конденсаторів та резисторів R7 та R8. Резистор R7 дозволяє змінювати тривалість затримки появи на виході таймера низької напруги. У момент встановлення на виведенні «OUTPUT» цієї напруги через вхід оптрона DA3 і світлодіод HL1 починає протікати струм. Тиристорний оптрон включається, подаючи на управляючий вхід G сімістора VS1, що відкриває напругу. Внаслідок чого тріак комутує потужне навантаження.

На перший погляд може здатися, що схема регулятора потужності складна, але простіші схеми, пропоновані радіоаматорами, страждають одним істотним недоліком: гістерезисом регулювальної характеристики. Усунення гістерези схемотехнічними способами призводить до їх ускладнення, що не поступається складності розглянутої вище схеми. Промислові схеми регуляторів потужності здебільшого ще складніші. Простіше схеми, які мають високі експлуатаційні характеристики, тільки виконані на мікроконтролерах. Для цього, щоправда, треба написати ще програму, а за її наявності мікроконтролер треба запрограмувати програматором, але не всі радіоаматори його мають.     

Конструкція та деталі. У пропонованій схемі регулятора потужності необхідно використовувати свідомо справні радіоелементи, інакше доведеться витратити час на пошук несправності. У конструкції застосовані постійні резистори типу МЛТ, щонайменше зазначеної на схемі потужності, які можна замінити аналогічними імпортними. Змінний резистор типу СПЗ-4аМ. Конденсатор С1 пленочный импортный или отечественный типа К73-17. Конденсатор С1 плівковий імпортний чи вітчизняний типу К73-17. Конденсатори СЗ-С7 імпортні керамічні, але конденсатори С4-С6 краще використовувати вітчизняні типу К73-9 або К73-17 на напругу 63 або 100 В. Вони габаритніші, але й стабільніші. Електролітичний конденсатор С2 імпортний, наприклад фірми HITANO. Діод VD11 можна замінити вітчизняним КД522Б. Діодні мости можна замінити окремими діодами, що витримують зворотну напругу не менше 400 і прямий постійний струм 0,3 А, наприклад 1N4004. Світлодіод може бути будь-якого кольору світіння, як імпортний типу RL50-YG213, зелений, так і вітчизняний АЛ307Б. Транзистор VT1 замінюється на вітчизняний КТ3107. Оптопарам DA1 та DA3 вітчизняних аналогів немає. Мікросхему таймера можна замінити на КР1006ВІ1. Тріак можна застосувати і потужніший типу ВТ139-600Е з максимальним допустимим струмом 16 А, все залежить від застосовуваного навантаження.

Конструкція та налагодження приладу

Корпус приладу виготовлений зі склотекстоліту товщиною 50мм, внутрішній об'єм відфрезерований, товщина стінок по периметру 10мм, глибина 40мм, для вентиляції внутрішнього об'єму корпусу відфрезеровані грати розміром 40х60мм.

Нижня частина корпусу виготовлена ​​з вініпласту завтовшки 10мм; на ній розташована плата сімісторного регулятора потужності та радіатор розміром 70мм на 30мм для охолодження сімістора.

На лицьовій панелі знаходиться регулятор напруги, клеми для підключення навантаження, індикатор (мережа), на задній панелі знаходиться мережевий шнур, клема (заземлення).

Всі деталі, крім тріаку, розміщені на друкованій платі з одностороннього фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм розмірами 80x110 мм.

Мал. 2. Креслення друкованої плати   Мал. 3. Розміщення радіокомпонентів

На платі є отвори для кріплення радіатора (мал.2). Радіатор використаний від виробу "Пристрій регулювання температури РТ-3". Розміри радіатора 70х40 мм. Радіатор має 8 ребер заввишки 20 мм. Він встановлений на втулках над змінним резистором у верхній частині плати (мал.3). Це зроблено, щоб тепловий потік від нього не нагрівав радіоелементи. На радіаторі через ізоляційну прокладку із слюди закріплений симістор VS1. Висновки його з'єднані з однойменними отворами на платі за допомогою дроту МГТФ. Монтаж усередині корпусу також виконаний цим дротом. Вся конструкція встановлена ​​у корпусі від «Пристрої регулювання температури РТ-3».              

Налагодження. Зібраний із свідомо справних деталей регулятор потужності, як правило, не потребує налагодження. Всі перепаювання та заміни елементів необхідно проводити тільки при вилученій вилки мережевого шнура з розетки побутової мережі. В іншому випадку можна отримати ураження електричним струмом, оскільки елементи конструкції знаходяться під потенціалом мережі. З огляду на розкид номіналів резисторів R7, R8, у деяких випадках знадобиться підбір конденсаторів С5, С6. Для цього включають як навантаження лампу розжарювання. Резистором R8 змінюють напругу на лампі та спостерігають за зміною яскравості її світіння. Якщо крайньому лівому положенні резистора R8 відбувається мерехтіння лампочки, треба зменшити ємність конденсаторів С5, Сб. При ретельному налаштуванні можна домогтися того, що яскравість лампочки змінюватиметься від повного згасання до максимальної. Якщо передбачається регулювати напругу на нагрівальному елементі, то досягати такої низької напруги немає сенсу.

У процесі експлуатації пристрою з'ясувалося, що він є джерелом сильних радіоперешкод. Внаслідок цього на мережевий шнур біля введення в корпус необхідно встановити перешкодний фільтр. Промисловість пропонує, а деякі магазини електронних товарів мають такі фільтри, що складаються з декількох феритових кілець, через отвір усередині яких пропускається мережевий шнур.  Регулятор напруги використовується для регулювання потужності ТЕНів 2-конфорочної електроплитки «Мечта». При цьому відпала потреба використовувати штатні чотирипозиційні регулятори потужності плитки.

Техніка безпеки:

1. перед увімкненням прилад потрібно заземлити;
2. використовувати справні розетки та шнури, оскільки відбувається робота з небезпечною для життя напругою;
3. підключати навантаження потужністю не вище 2 кВт;
4. наявність двох паралельних клем дозволяє контролювати вихідну напругу приладу за допомогою будь-якого мультиметра або вольтметра змінного струму типу Е8030.