Схема плавного пуска на симисторе

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.

Сегодня я вам расскажу об очень полезной схеме, которая пригодится как в лаборатории, так и в хозяйстве. Устройство, о котором пойдет речь, называется симисторный регулятор мощности. Регулятор можно применить для плавной регулировки яркостью освещения, температуры паяльника, оборотами электродвигателя (переменного тока). Мой вариант применения регулятора интересней, я плавно регулирую температуру нагрева тэна мощностью 1кВт в самогонном аппарате. Да-да, я занимаюсь этим благородным делом.

Схема имеет минимум элементов и заводится сразу. Мощность нагрузки для симисторного регулятора определяется током симистора. Симистор BTA12-600 рассчитан на ток 12 Ампер и напряжение 600 Вольт. Симистор нужно выбирать с запасом по току, я выбрал двукратный запас. Например, симистор BTA12-600 с оптимальным охлаждением может в штатном режиме пропускать через себя ток 8 Ампер. Если нужен регулятор мощнее, используйте симистор BTA16-600 или BTA24-600.

Работа схемы описана в статье «Диммер своими руками».

Рабочая температура кристалла симистора от -40 до +125 градусов Цельсия. Необходимо сделать хорошее охлаждение. У меня нагрузка 1кВт, соответственно ток нагрузки около 5А, радиатор площадью 200см кв. греется от 85 до90 градусов Цельсия при длительной работе (до 6ч). Планирую увеличить рабочую площадь радиатора, чтобы повысить надежность устройства.

Симистор имеет управляющий вывод и два вывода, через которые проходит ток нагрузки. Эти два вывода можно менять местами ничего страшного не случиться.

Для безопасности (чтобы не щелкнуло током), симистор необходимо устанавливать на радиатор через диэлектрическую прокладку (полимерную или слюдяную) и диэлектрическую втулку.

Компоненты.

Резистор 4.7кОм мощностью 0,25Вт. Динистор с маркировкой DB3 , полярности не имеет, впаивать любой стороной. Конденсатор пленочный на 100нФ 400В полярности не имеет.

Светодиод любого цвета диаметром 3мм, обратное напряжение 5В, ток 25мА. Короче любой светодиод 3мм. Светодиод дает индикацию нагрузки, не пугайтесь, если при первом включении (естественно без нагрузки) он светиться не будет.

Первое включение необходимо производить кратковременно без нагрузки. Если все нормально, никакие элементы не греются, ничего не щелкнуло, тогда включаем без нагрузки на 15 секунд. Далее цепляем лампу напряжением 220В и мощностью 60-200Вт, крутим ручку переменного резистора и наслаждаемся работой.

Для защиты я установил в разрыв сетевого провода (220В) предохранитель на 12А.

Собранный нами регулятор мощности на симисторе BTA12-600 можно применить для регулировки температуры паяльника (регулируя мощность), тем самым получив паяльную станцию для вашей мастерской.

Печатная плата регулятора мощности на симисторе BTA12-600 СКАЧАТЬ

Большое количество нагрузок требуют регулирования мощности, например такие:

• лампы накаливания или любые другие диммируемые;
• нагреватели;
• коллекторные электродвигатели и в частности электроинструмент.

Если до появления полупроводниковых элементов задачи регулировки мощности требовали применения громоздких электромагнитных устройств, то
с появлением тиристоров задача фазового регулирования мощности сильно упростилась. А вот симисторный регулятор мощности ещё проще тиристорного, ему не требуется выпрямителя. Симистор может проводить ток как в течении положительной полуволны переменного напряжения, так и в течении отрицательной.

Точно также как и тиристорный регулятор симисторный регулятор мощности осуществляет регулировку за счет изменения угла открывания. Чем больше угол ‘a’ тем меньше энергии попадает на выход устройства.

Схема получается настолько простой и дешевой что её стали встраивать даже в кнопки дешевых дрелей.

Таблица номиналов элементов

• C1 – 0,1 мк;
• R1 – переменный резистор 470 кОм;
• R2 – 10 кОм;
• VS1 – DB3;
• VS2 – BTA225-800B.

При данном типе VS2 cимисторный регулятор мощности способен отдавать в нагрузку до 25 А.
Удивительно, но схема содержит всего 5 элементов:
R1 и R2 – определяют скорость C1 и чем она будет больше тем скорее откроется симметричный динистор VS1 и откроет симистор VS2.

КР1182ПМ1

Отечественная промышленность выпускает специальную микросхему – фазовый регулятор КР1182ПМ1. Эта микросхема позволяет осуществлять фазовое регулирование как самостоятельно, при низких мощностях нагрузки до 150 Вт, так и совместно с тиристорами или симисторами при больших мощностях.

Внутренняя структура микросхемы КР1182ПМ1.

Микросхема предназначена для работы в диапазоне напряжений 80 – 276 В, тока до 1,2 А, мощности до 150 Вт и диапазоне температур от -40 до 70 гр. Цельсия.

Применение КР1182ПМ1 позволяет добиться высокой повторяемости скорости нарастания и спада напряжения.

Таблица номиналов элементов

• C1 – 47 мкФ 10В;
• C2, С3 – 1 мкФ 6,3 В;
• DA1 – КР1182ПМ1;
• R1 – переменный резистор 68 кОм;
• R2 – 470 Ом;
• S1 – кнопка выключения;
• VS1 – BT136-600E.

В приведенной схеме R1 и С1 определяют скорость нарастания выходного напряжения чем больше их значения тем дольше работа режима плавного пуска.
С2 и С3 нужны для работы самой микросхемы и должны быть тем больше чем больший ток коммутирует микросхема.
R2 – ограничивает ток через симистор VS1.

Но есть и недостатки у фазового регулятора мощности – помехи которые могут генерироваться в сеть при больших мощностях. На некоторых видах нагрузки, например нагреватели или двигатели с большим моментом инерции допустимо использовать и другие виды регулировки, например пропускать или не пропускать целые полупериоды или периоды сетевого напряжения. Преимущества данного способов в переключении тиристора в момент нулевых напряжений и токов. Однако управление таким способом более сложное и скорее всего потребует применение микроконтроллера.

17 thoughts on “ Симисторный регулятор мощности, схема на КР1182ПМ1 ”

Микросхема КР1182ПМ1 описание. Кстати полных зарубежных аналогов нету, разработка и выпуск отечественного ЗАО «НТЦ СИТ».

В маломощных (до 200 — 300 Вт) регуляторах лучше использовать транзисторные, а не симисторные схемы. Они не искажают форму сигнала (изменяется амплитуда, а не фаза) поэтому избавлены от помех.

Для прямого изменения амплитуды сетевого напряжения в регуляторах на транзисторах, уже при 50 ваттной нагрузке потребуется огромный радиатор.
Импульсные источники питания на транзисторах намного сложнее симисторных, и включают в себя преобразователь частоты, тоже создающий помехи, которые затем необходимо подавлять дополнительными фильтрами.
Симисторные регуляторы обладают высоким КПД, и часто работают вообще без радиаторов, они компактны и легки в регулировке.
Их особенно выгодно применять на повышенных мощностях, где коммутируются большие токи, например в сварочных аппаратах.
Что касается применения КР1182ПМ1, то если в самой нижней схеме R1 заменить на постоянный в 1М, и параллельно ему добавить фототранзистор, например КТФ102, то совместно с лампой можно получить автоматический регулятор освещения.

Ну, лампочке, к примеру, форма сигнала до лампочки, уж простите за каламбур. А чем меньше потребляемая мощность, тем меньше и помехи наводимые в сети. Двигатели электроинструмента и сами являются источниками помех, даже без регуляции. Так что вопрос целесообразности применения зависит больше от свойств нагрузки, а не от мощности.
В любом случае, будущее данного направления за частотными преобразователями, а не за фазовыми. Там и с КПД и с формой сигнала все хорошо… с ценой только плохо. Настолько плохо, что используются пока только в промышленности. В быту очень редко.

Цена сейчас определяющий фактор. Для мощных нагрузок симисторы дешевле, чем транзисторы и проще. Управление ими проще. Чаще всё равно требуется управлять двигателями или регулировать температуру. Помехи критичны в специализированной аппаратуре.

Собирал данную схему на панели для монтажа , что то не так сначала скачек напряжения до 80 вольт далее моментальное его падение до нуля и все…В чем проблемам может быть? в нагрузке была лампа на 60 ватт

Вход перепутан с выходом

При использовании транзисторов необходимы большие радиаторы, что делает схему громоздкой.

Ошибка в схеме. При подключении симистора перепутаны T1 и T2.

Ошибка в схеме. Плюс конденсатора С2 должен быть присоединен к 16-му выводу микросхемы.

данную схему собрал на зарубежном аналоге, как раз таки не создающем никаких помех (Недоработка нашего производителя)

Подскажите,пожалуйста,марку зарубежного аналога.

Анплогов нет. м.д. немножко пофантазировал

Здравствуйте коллеги! Ох и намучался я со схемой собранной по последнему рисунку (с микросхемой и симмистром ВТ136)… И так и сяк и нагрузку с другого плеча и резистор в цепь 9,10,11 ножек… И на другой микросхеме и симмистр менять пробовал… В нуле переменника горит в пол накала, потом сразу в полный при небольшом повороте. Всё наладилось когда взял симмистр другой — ВТА140. Сразу всё наладилась — и глубина регулировки и плавность… У кого-то получилось использовать в этой схеме ВТ136?

Падение напряжения недопустимо высоко 😈 на нагрузке 170в при 215в в сети

Попробовал эту схему c симисторjv ВТВ12-600. Нагрузка — двигатель от электрорубанка.
Первое — симистор на схере неправильно включен. Нужно перевернуть его вверх тормашками.
Во вторых горит резистор R2. Быстро обугливается. резистор 0.5 Вт

Собирайте по даташиту там указаны все штатные схемы включения и будет Вам счастье собирал устройсво плавного пуска все хорошо