12 в переменный ток как сделать постоянным


12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным



Часть первая. Самодельные светорегуляторы.  Разновидности тиристоров

 

 

 

В статье рассказано об использовании тиристоров, приведены простые и наглядные опыты для изучения принципов их работы. Также даны практические указания по проверке и подбору тиристоров.

Самодельные светорегуляторы

 Несмотря на разнообразие и наличие в продаже таких устройств, иногда все же, приходится вспомнить забытое старое, и собрать светорегулятор по достаточно простой любительской схеме.

Может быть недостаточна мощность того устройства, что есть в продаже, или просто есть детали, чтобы бездарно их не растерять, так пусть будет хоть что-то. К тому же светорегулятор вовсе не обязательно должен регулировать свет, можно приспособить его, например, к паяльнику. В общем, применений предостаточно, готовое устройство может всегда пригодиться.

Практически все подобные устройства выполнены с применением тиристоров, о которых стоит рассказать отдельно, ну хотя бы вкратце, чтобы принцип действия тиристорных регуляторов был ясен и понятен.

Разновидности тиристоров

Название тиристор подразумевает под собой несколько разновидностей, или как принято говорить, семейство полупроводниковых приборов. Такие приборы представляют собой структуру из четырех p и n слоев, образующих три последовательных p-n (p-n буквы латинские: от positive и negative) перехода.

Рис. 1. Тиристоры

Если от крайних областей p n сделать выводы, получившийся прибор называется диодным тиристором, по-другому динистор. Он и внешним видом похож на диод серии Д226 или Д7Ж, только диоды имеют всего лишь один p-n переход. Конструкция и схема динистора типа КН102 показана на рисунке 2.

Там же показана и схема его включения. Если сделать вывод еще от одного p-n перехода, то получится триодный тиристор, называемый тринистором. В одном корпусе может находиться сразу два тринистора, включенных встречно – параллельно. Такая конструкция называется симистором и предназначена для работы в цепях переменного тока, поскольку может пропускать как положительные, так и отрицательные полупериоды напряжения.

Рисунок 2. Внутреннее устройство и схема включения диодного тиристора КН102

Вывод катода, область n, соединен с корпусом, а вывод анода через стеклянный изолятор соединен в областью p, как показано на рисунке 1. Там же показано включение динистора в цепи питания. В цепь питания последовательно с динистором обязательно должна быть включена нагрузка, так же как если бы это был обычный диод. На рисунке 3 показана вольт - амперная характеристика динистора.

Рисунок 3. Вольт - амперная характеристика динистора

Из этой характеристики видно, что напряжение к динистору может быть приложено как в обратном направлении (на рисунке в нижней левой четверти), так и в прямом, как показано в правой верхней четверти рисунка. В обратном направлении характеристика похожа на характеристику обычного диода: через прибор протекает незначительный обратный ток, практически можно считать что и нет никакого тока.

Больший интерес представляет прямая ветвь характеристики. Если на динистор подать напряжение в прямом направлении и постепенно его увеличивать, то ток через динистор будет невелик, и изменяться будет незначительно. Но лишь до тех пор, пока не достигнет определенного значения, называемого напряжением включения динистора. На рисунке это обозначено как Uвкл.

При этом напряжении во внутренней четырехслойной структуре происходит лавинообразное увеличение тока, динистор открывается, переходит в проводящее состояние, о чем свидетельствует участок с отрицательным сопротивлением на характеристике. Напряжение участка катод – анод резко уменьшается, а ток через динистор ограничивается только лишь внешней нагрузкой, в данном случае сопротивлением резистора R1. Главное, чтобы ток был ограничен на уровне не выше предельно допустимого, который оговаривается в справочных данных.

Предельно допустимый ток или напряжение, это та величина, при которой гарантируется нормальная работа прибора в течение длительного времени. Причем следует обратить внимание на то, чтобы предельно допустимого значения достигал лишь один из параметров: если прибор работает в режиме предельно допустимого тока, то рабочее напряжение должно быть ниже, чем предельно допустимое. В противном случае нормальная работа полупроводникового прибора не гарантируется. К достижению предельно допустимых параметров специально, конечно, стремиться не надо, но уж если так получилось…

Этот прямой ток через динистор будет протекать до тех пор, пока каким - либо образом динистор будет выключен. Для этого необходимо прекратить прохождение прямого тока. Это можно сделать тремя способами: разомкнуть цепь питания, замкнуть накоротко динистор при помощи перемычки (весь ток пройдет через перемычку, а ток через динистор будет равен нулю), или изменить на противоположную полярность питающего напряжения. Такое получается если питать динистор и нагрузку переменным током. Такие же методы выключения и у триодного тиристора – тринистора.

Маркировка динисторов

Она состоит из нескольких букв и цифр, наиболее распространены и доступны отечественные приборы серии КН102 (А,Б…И). первая буква К, говорит о том, что это кремниевый полупроводниковый прибор, Н что это динистор, цифры 102 номер разработки, а вот последняя буква определяет напряжение включения.

Весь справочник тут не поместится, однако следует отметить, что КН102А имеет напряжение включения 20В, КН102Б 28В, а КН102И уже целых 150В. При последовательном включении приборов напряжение включения складывается, например два КН102А дадут в сумме напряжение включения 40В. Динисторы выпускавшиеся для оборонной промышленности вместо первой буквы К имеют цифру 2. Это же правило используется и в маркировке транзисторов.

В настоящее время достаточно широко распространены симметричные динисторы. Чтобы себе это представить, достаточно соединить два обычных динистора встречно – параллельно. Такие динисторы включаются при подаче напряжения любой полярности или переменного напряжения. Используются в схемах формирователей запускающего импульса в электронных трансформаторах и энергосберегающих лампах, а также в качестве порогового элемента в тиристорных регуляторах, о чем будет рассказано выше. Один из таких динисторов имеет маркировку DB3.

Такая логика работы динистора позволяет на его базе собирать достаточно простые генераторы импульсов. Схема одного из вариантов показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Генератор на динисторе

Принцип работы такого генератора достаточно прост: выпрямленное диодом VD1 сетевое напряжение через резистор R1 заряжает конденсатор C1, и как только напряжение на нем достигнет напряжения включения динистора VS1, последний открывается, и конденсатор разряжается через лампочку EL1, которая дает кратковременную вспышку, после которой процесс повторяется сначала. В реальных схемах вместо лампочки может устанавливаться трансформатор, с выходной обмотки которого могут сниматься импульсы, используемые для каких-либо целей, например, в качестве открывающих импульсов.

Часть вторая. Самодельные светорегуляторы.  Устройство тиристора

 


 

После того, как было рассмотрено устройство и использование динистора, будет проще понять устройство и работу тринистора. Впрочем, чаще всего тринистор именуют просто тиристором, как-то привычнее.

Устройство триодного тиристора (тринистора) показано на рисунке 1.

На рисунке все показано достаточно подробно и в целом, кроме разве что другого корпуса, напоминает устройство динистора. Схема подключения нагрузки и элемента питания та же, что и у динистора.

В обоих случаях источник питания условно показан в виде батарейки, для того, чтобы видеть полярность подключения. Единственным новым элементом на этом рисунке является управляющий электрод УЭ, присоединенный, как уже говорилось ранее, к одной из областей «слоеного» полупроводникового кристалла.

Вольт–амперная характеристика тринистора показана на рисунке 2, и очень похожа на соответствующую характеристику динистора.

Рисунок 1. Устройство триодного тиристора

Рисунок 2. Вольт – амперная характеристика тринистора

Если предположить, что УЭ не используется, как, будто его вовсе и нет, то тринистор подобно динистору будет открываться при постепенном увеличении прямого напряжения между анодом и катодом. В справочниках это напряжение называется Uпр – прямое напряжение.

Если по справочнику прямое напряжение для конкретного тринистора 200В, а мы подаем на него все 300 или более, то тиристор откроется безо всякого напряжения на управляющем электроде. Об этом надо знать и всегда помнить, иначе возможны конфузные ситуации: «Поставили новый тиристор, а он оказался негодным».

Если на управляющий электрод подать положительное напряжение, естественно относительно катода, то открытие тиристора произойдет намного раньше, чем прямое напряжение достигнет предельной величины. Происходит как бы спрямление выброса вольтамперной характеристики, что и показано пунктирными линиями. В определенный момент характеристика становится похожа на аналогичную характеристику обычного диода, ток через УЭ достигает максимальной величины и называется током спрямления Iуэ.

Управляющий электрод по сути дела является поджигающим: для открытия тиристора достаточно короткого импульса в несколько микросекунд, далее УЭ свои управляющие свойства утрачивает вплоть до того, как тринистор будет выключен одним из доступных способов. Эти способы те же, что и для динистора, о них уже было сказано выше.

С помощью воздействия на управляющий электрод тринистор выключить невозможно, хотя, справедливости ради надо сказать, что существуют и запираемые тиристоры. Правда, распространены они весьма мало, и широкого применения, особенно в любительских конструкциях, не находят.

Еще один важный момент: сопротивление нагрузки должно быть таким, чтобы ток через нее был не менее тока удержания для данного типа тиристора. Если, например, регулятор нормально работает с лампочкой, например, 60Вт, то вряд ли будет работать, если вместо такой нагрузки подключить всего лишь неоновую лампочку.

После такого чисто теоретического знакомства можно перейти к практическим опытам, позволяющим с помощью простейших схем и приемов понять и запомнить, как работает тиристор. Тут уже приходит в действие известная народная мудрость: не доходит через голову, так дойдет через руки, или по-другому: «А руки-то помнят!!!» Очень хороший принцип, помогает практически всегда!

Простые занимательные эксперименты с тринистором

Проверка тиристора

Для проведения этих опытов понадобится тринистор типа КУ201 или КУ202 с любым буквенным индексом, источник питания, лучше, если регулируемый, несколько резисторов, лампочек, кнопки и соединительные провода. Сборку схем лучше всего проводить навесным монтажом, как будет показано на рисунках, естественно, с использованием паяльника. Схема, показанная на рисунке 3, позволит проверить тиристор на работоспособность.

Рисунок 3. Схема для проверки тиристора

Проще всего такую схему собрать с использованием трансформатора ТВК-110Л1, применялся в черно-белых телевизорах в качестве выходного кадровой развертки. При включении в сеть 220В безо всяких переделок на вторичной обмотке получается напряжение около 25В, что достаточно не только для описываемого эксперимента, но и для создания маломощных блоков питания, наподобие тех сетевых адаптеров китайского производства, что продаются в магазинах. Если нет в наличии трансформатора ТВК-110Л1, можно использовать любой с напряжением вторичной обмотки 12 - 20В мощностью не менее 5Вт.

Еще понадобится собственно сам тиристор, три диода (можно заменить на 1N4007, как более распространенные в настоящее время), парочка лампочек на напряжение 12В (применяются в автомобилях для подсветки приборных щитков), кнопка и несколько резисторов. Если удастся найти лампы на напряжение 24В, то установка резисторов R3 и R4 не потребуется.

Резистор R2 предназначен для обеспечения необходимого тока удержания тиристора. Если применить более мощные лампы, то установка этого резистора не понадобится. Резистор R1 ограничивает ток в цепи управляющего электрода.

Методика пользования «прибором» достаточно проста. При включении прибора в сеть не должна зажечься ни одна из ламп. При нажатии на кнопку SB1 на время ее удержания должна засветиться лампа HL1. Если этого не произошло, то неисправность тиристора скрывается в управляющем электроде. Если при включении схемы сразу зажглись обе лампы, значит, тиристор просто пробит.

К слову сказать, этим прибором также можно проверять диоды: если вместо тиристора подключить диод в полярности указанной на схеме, то зажжется лампа HL1, а при изменении направления включения диода - HL2.

Тут может возникнуть вопрос: «А зачем проверять диоды таким способом, когда для этого существует обычный цифровой тестер?» Ответ на этот вопрос будет таков. Бывают случаи, хоть и редко, но метко, когда тестер, даже стрелочный, показывает, что диод исправен. И только «прозвонка» через лампочку показывает, что под нагрузкой диод «обрывается», лампочка не зажигается в каком бы направлении ни был подключен диод. Просто для обнаружения такого дефекта измерительного тока тестера не хватает. Кстати, такую «прозвонку» диода через лампочку, можно производить и от источника постоянного напряжения.

Небольшое лирическое отступление от темы

Те, кто занимается ремонтом, знают, что проверять детали приходится чаще всего, когда они запаяны в схему, и делать это приходится просто тестером. И в этой ситуации лучше всего пользоваться старым добрым стрелочным прибором, например, типа ТЛ4-М.

В режиме измерения сопротивлений эти приборы имеют больший измерительный ток, нежели современные цифровые тестеры, что позволяет удерживать в открытом состоянии тиристор типа КУ201, КУ202 или подобные. Методика проверки состоит в следующем. Измерение производится на пределе Ω.

Сначала надо прикоснуться щупами тестера к аноду и катоду тиристора, естественно с соблюдением полярности. Стрелка прибора не должна отклониться. После этого замкнуть, например, пинцетом выводы УЭ и анода (корпуса). Стрелка должна отклониться примерно до половины шкалы, а после того, как пинцет будет убран, остаться на том же месте. Такой тиристор можно без опасения ставить в любую конструкцию.

Если же стрелка после размыкания цепи УЭ возвращается в исходную точку шкалы, это говорит о том, что ток удержания тиристора, даже нового, не паянного, очень большой, либо большой открывающий ток УЭ, и в некоторых случаях этот тринистор работать не будет.

Такой метод пригоден для отбраковки тиристров, в основном, отечественных. Импортные тиристоры, как правило, открываются более легко и надежно. Эта же методика подходит и для проверки симметричного тиристора (симистора).

Маленькое, но важное, замечание: у стрелочных тестеров в режиме измерения сопротивления плюсовой щуп омметра тот, который в режиме измерения постоянного напряжения является минусовым. Это надо знать, и помнить всегда. У цифровых тестеров плюс омметра там же, где и при измерении постоянного напряжения. Естественно, цифровым тестером вышеописанную проверку провести не удастся.

После того, как тиристор проверен, можно провести несколько простеньких экспериментов для практического ознакомления с его работой. Ну, это как раз из разряда «а руки-то помнят».

Часть третья. Самодельные светорегуляторы.  Как управлять тиристором?

 

  

 

Как включить тиристор? Включение тиристора постоянным током.

Чтобы ответить на этот вопрос придется собрать простую схемку, показанную на рисунке 1. После того, как схема собрана, ее следует подключить к источнику постоянного напряжения. Лучше всего, если это будет регулируемый лабораторный источник с защитой, хотя бы от короткого замыкания, ведь мало ли что может произойти в процессе опытов?

Движок переменного резистора R2 следует установить в нижнее по схеме положение. Затем, удерживая нажатой кнопку SB1, (лампочка еще гореть не должна) медленно перемещать движок вверх по схеме. В каком-то положении движка лампочка зажжется, после чего кнопку следует отпустить, тем самым сняв сигнал с УЭ. После отпускания кнопки лампочка должна остаться во включенном состоянии. Как все это можно объяснить?

Вращением движка резистора R2 мы увеличивали ток УЭ, при определенном значении которого, характеристика тиристора спрямилась и он открылся, как было показано на рисунке 2 . Резистор R1 предназначен для ограничения тока через УЭ, чтобы он не превысил допустимый уровень, оговоренный в справочных данных. Если теперь отпустить кнопку SB1, то лампочка останется зажженной, поскольку ее тока вполне хватает для удержания тиристора в открытом состоянии. Этот момент также показан на рисунке 2, как Iуд.

Рисунок 1. Схема для опыта по включению тиристора

Если в этом опыте в точку А на рисунке 1 включить миллиамперметр, то можно измерить ток управляющего электрода. Если испытать несколько экземпляров тиристоров даже одной марки, ток управляющего электрода, при котором зажжется лампочка, будет разным, с достаточно значительным разбросом. Эти токи могут изменяться в диапазоне 10 - 15мА.

Также с помощью этой схемы можно определить ток удержания тиристора, для чего в точку В подключить миллиамперметр, а в точку Б переменный резистор величиной 2,2 - 3,3КОм, предварительно выведенный до нуля. После того, как вращением резистора R2 тиристор удастся включить, при отпущенной кнопке SB1 уменьшать ток в нагрузке с помощью дополнительного переменного резистора.

Наименьший ток, при котором произойдет отключение тиристора, и является током удержания для данного экземпляра. Ток удержания так же, как и ток управляющего электрода невелик, порядка 10 - 15мА, но, в обоих случаях, чем меньше, тем лучше.

Управление тиристором импульсным током

Для проведения этого опыта схему, показанную на рисунке 1, следует несколько изменить, приведя ее к виду в соответствие с рисунком 2.

Рисунок 2. Управление тиристором импульсным током

При нажатии на кнопку SB1 конденсатор C1 заряжается через УЭ тиристора, в результате чего тиристор открывается коротким импульсом зарядного тока, о чем свидетельствует светящаяся лампочка. Отпускание и последующее нажатие кнопки не приведет каким-либо изменениям, лампочка будет продолжать гореть. Погасить ее можно лишь теми способами, которые были рассмотрены ранее, а кроме них кратковременным подключением конденсатора C2, как показано пунктиром. Этот конденсатор шунтирует тиристор, ток через него становится равным нулю, в результате тиристор выключается. Вот только после этого можно снова воспользоваться кнопкой SB1. Чтобы быть готовым к следующему нажатию конденсатор C1 разряжается через резистор R1.

Тиристор в устройстве фазового регулятора мощности

На рисунке 3 показана схема простейшего регулятора мощности на тринисторе, там же временные диаграммы выходных напряжений.

Рисунок 3. Схема для изучения регулятора мощности

В зависимости от величины управляющего тока тиристор имеет свойство открываться при разном напряжении на аноде. Это свойство используется в схемах регуляторов мощности. На схеме показаны точки для подключения осциллографа, что позволит воочию увидеть диаграммы, показанные на рисунке. Если такой возможности нет, то придется просто поверить на слово.

Питание регулятора осуществляется от трансформатора, как в предыдущих опытах через диодный мост VD1 - VD4. Фильтрующий конденсатор параллельно мосту устанавливать нельзя, поскольку напряжение примет форму, показанную на рисунке 3а пунктиром, и тиристор не сможет выключаться в моменты перехода напряжения через нуль: лампочка, включившись один раз, так и будет продолжать гореть.

Вначале следует движок переменного резистора R2 установить в верхнее по схеме положение и нажать кнопку SB1. Сопротивление в цепи УЭ в этом случае невелико, всего 100 Ω, и ток, достаточный для открытия тиристора получится при напряжении на аноде чуть более одного вольта, в самом начале полупериода. Поэтому лампочка должна зажечься в полный накал, что соответствует временной диаграмме а, которую можно будет наблюдать на осциллографе.

Это напряжение получено в результате двухполупериодного выпрямления синусоиды. Вертикальной штриховки внутри полупериодов, конечно, не будет, это только на рисунке. При отпускании кнопки лампочка должна погаснуть в момент перехода выпрямленного напряжения через нуль.

Если снова нажать кнопку и медленно смещать движок переменного резистора вниз по схеме, то яркость свечения лампы будет уменьшаться, а на осциллографе можно увидеть искаженные куски полусиносоиды. На диаграммах они показаны вертикальной штриховкой. Мощность в нагрузке будет соответствовать заштрихованной площади – в это время тиристор открыт.

Это происходит потому, что при перемещении вниз движка резистора R2 сопротивление в цепи управляющего электрода увеличивается, и ток УЭ достаточный для открытия тиристора получается при все больших значениях напряжения на аноде.

Такое положение дел возможно лишь до диаграммы 3в, пока напряжение на аноде не достигло максимального значения. Заштрихованная часть диаграммы соответствует 50% мощности нагрузки при диапазоне регулирования всего 50 - 100%. Как же продолжить дальнейшее регулирование?

Для этого следует изменить фазу напряжения на УЭ относительно фазы напряжения на аноде, чего можно достичь весьма простым способом. Достаточно подключить конденсатор C1, как показано на схеме пунктиром. Теперь тиристор будет открываться при малых значениях анодного напряжения, начиная со второй части полупериода, как показано на диаграмме 3г, что позволит расширить диапазон регулирования от 0 - 100%.

После изучения теории и проведения простых практических занятий можно переходить к изготовлению светорегуляторов и регуляторов мощности.

Часть четвертая. Самодельные светорегуляторы.  Практические устройства на тиристорах

 

 

 

Основой светорегуляторов и регуляторов мощности являются, как правило, тиристоры и симисторы. О работе этих полупроводниковых приборов было рассказано в предыдущих трех частях статьи, и теперь можно познакомиться с устройством некоторых практических устройств на тиристорах. Все схемы, которые будут рассмотрены, используют фазовый принцип регулирования, описанный в конце третьей части статьи.

Вначале давайте познакомимся с достаточно простыми схемами, содержащими небольшое количество деталей, и хотя бы поэтому, наиболее доступными для повторения в любительских условиях. Впрочем, схемы могут быть и более сложными, но алгоритм их работы все равно один и тот же – регулировка яркости источника света. Иногда встречаются схемы, сочетающие в себе собственно светорегулятор и сумеречный выключатель, либо схему плавного включения лампы. Но, вначале самые простые схемы.

Чтобы не возвращаться к каждый раз к предыдущей части статьи, пожалуй, этот рисунок вставим еще раз в этом месте текста.

Рисунок 1. Временные диаграммы фазового регулятора мощности

Вертикальная штриховка соответствует включенному состоянию тиристора, а мощность, подводимая к нагрузке, пропорциональна площади заштрихованных участков.

На рисунке 2 показана схема простого светорегулятора, позволяющего только лишь регулировать яркость светильника, безо всяких дополнительных функций.

Рисунок 2. Простой светорегулятор

Сетевое напряжение через предохранитель FU1 поступает на выпрямительный мост VD1 - VD4, в диагональ которого по постоянному току включен тиристор VS1 и лампа EL1. В некоторых схемах лампа включается в диагональ моста по переменному току, но это не принципиально. Тиристор применен достаточно мощный, что позволяет управлять нагрузкой до 1000Вт, как, и указано на принципиальной схеме. Если такая мощность не требуется, то тиристор можно заменить другим, например, из серии КУ202М, что позволит управлять яркостью лампы мощностью не менее 500Вт.

В регуляторе используется фазовый метод управления: на управляющий электрод тиристора поступают импульсы, которые сдвинуты по фазе относительно напряжения на аноде. Схема, вырабатывающая управляющие импульсы, построена на однопереходном двухбазовом транзисторе VT1 типа КТ117А. Зарубежных аналогов этот транзистор не имеет.

Основным назначением этого транзистора является построение простейших генераторов – пищалок, схем запуска импульсных блоков питания (применялся в блоках питания телевизоров серии 3УСЦТ), а также генераторов управляющих импульсов в схемах фазового регулирования, подобной рассматриваемой. Работает этот генератор следующим образом.

Выпрямленное сетевое напряжение через резисторы R3, R4 стабилизируется последовательно соединенными стабилитронами VD5 VD6 на уровне около 22 - 25В, что зависит от конкретных экземпляров стабилитронов. Это напряжение, кстати, пульсирующее, соответствует диаграмме а) на рисунке 1.

Этим пульсирующим напряжением через резисторы R6, R7 заряжается конденсатор C2. Как только напряжение на нем достигнет величины открывания однопереходного транзистора VT1 он открывается и конденсатор C1 разряжается через его переход Б2 – Б1, резисторы R1, R2 и УЭ тиристора VS1, в результате чего формируется управляющий импульс, тиристор открывается и ток проходит через нагрузку. Когда выпрямленное пульсирующее напряжение проходит через ноль, тиристор закрывается и остается в закрытом состоянии до прихода следующего открывающего импульса.

Скорость заряда конденсатора C2 регулируется резистором R7. Когда его сопротивление минимально (движок выведен влево по схеме), скорость заряда максимальна, тиристор откроется в самом начале полупериода, пропуская в нагрузку максимальную мощность. При перемещении движка резистора R7 вправо по схеме скорость заряда конденсатора C2 снижается, поэтому управляющий тиристором VS1 импульс будет сформирован позднее. Поскольку это регулирование фазовое, а фаза измеряется угловыми единицами - радианами, говорят, что импульс формируется при определенном угле, в данном случае более позднем, чем при максимальной мощности в нагрузке. Именно этот процесс показан на рисунке 1 на диаграммах б, в, г.

На схеме пунктирной линией показаны светодиод HL1 и резистор R8. Их назначение показать, что устройство подключено к сети, а также контроль исправности лампы, если, конечно регулятор уведен на минимум. Но, собственно регулятор вполне работоспособен и без этого дополнения, или как теперь не скажут опции.

Настройка устройства достаточно проста. При выведенном до нуля резисторе R6 подбирается резистор R7 таким образом, чтобы яркость лампы была максимальной. Эта настройка зависит от величины конденсатора C2, значение которого также может потребовать подбора в пределах, указанных на схеме.

Рис. 3. Самодельный светорегулятор

В рассмотренной схеме в качестве коммутирующего элемента используется тиристор, поэтому, чтобы было возможно регулировать и положительную и отрицательную полуволну сетевого напряжения в схеме приходится применять диодный мост достаточно большой мощности.

Если же мощность нагрузки близка к максимально допустимой, то тиристор, а вместе с ним и диоды моста придется устанавливать на теплоотвод – радиатор, что еще больше увеличивает габариты устройства и трудоемкость его изготовления. Чтобы избавиться от применения мощного выпрямительного моста применяется встречно – параллельное включение двух тиристоров, что тоже не совсем удобно и технологично.

Гораздо лучшие результаты дает применение симметричных тиристоров – симисторов: в одном корпусе уже содержится два встречно – параллельно включенных тиристора. На рисунке 4 показана доработанная схема с использованием симистора.

Рисунок 4. Светорегулятор на симисторе

Небольшая доработка схемы позволит несколько уменьшить ее габариты, при этом мощность нагрузки остается той же самой. Узел запуска тиристора выполнен также на однопереходном транзисторе КТ117А, вот только нагружен транзистор на согласующий трансформатор Т1. Такое согласование необходимо для того, чтобы получить управляющие импульсы без постоянной составляющей. Это дает возможность открывать симистор как в положительные, так и в отрицательные полупериоды сетевого напряжения.

Согласующий трансформатор выполнен на ферритовом кольце типоразмера К16104 из феррита самой распространенной марки НМ2000. Обмотка 1 содержит 80, а обмотка 2 - 60 витков провода ПЭЛШО-0,12. Перед намоткой острые кромки кольца следует притупить наждачной бумагой или алмазным надфилем, чтобы избежать повреждения изоляции, а само кольцо обмотать лентой из тонкой лакоткани, в крайнем случае, липкой лентой скотч.

Выпрямительный мост VD1 - VD4 используется только для питания узла регулировки, а также нового элемента схемы – узла плавного запуска нагрузки. Поэтому диоды в нем маломощные, кроме указанных на схеме можно применить 1N4007, подходят почти на все случаи жизни. Узел плавного запуска собран на транзисторах VT2, VT3.

Его работа происходит следующим образом. При включении питания конденсатор C2 начинает заряжаться по цепи VD6, R10. Через диод VD5 напряжение на конденсаторе C2 начинает открывать транзисторы VT3 и VT2. Сопротивление участка эмиттер – коллектор транзистора VT2 уменьшается, поэтому плавно уменьшается общее сопротивление участка R4, VT2, R5, и также плавно возрастает скорость зарядки конденсатора C1, яркость свечения лампы увеличивается.

Часть пятая. Самодельные светорегуляторы.  Еще несколько простых схем

 


 

Светорегулятор на аналоге однопереходного транзистора

Схема такого светорегулятора показана на рисунке 1.

Несмотря на абсолютную с первого взгляда непохожесть схем, работают они практически одинаково. Регулирование яркости лампы производится фазовым методом управления тиристором, правда, подключение нагрузки несколько иное.

В рассматриваемой схеме нагрузка регулятора, лампочка, включена в диагональ выпрямительного моста по переменному току. Сам же тиристор включен в диагональ по постоянному, выпрямленному, току. В предыдущей схеме в эту диагональ включена и собственно лампочка, но в данном случае это ничего не меняет.

На транзисторах VT1, VT2 собран узел плавного запуска, о котором будет рассказано ниже, а пока рассмотрим работу собственно регулятора. Если мысленно провести по рисунку 1 вертикальную черту между транзистором VT2, и резисторами R3 и R4, то все, что окажется правее этой черты, и есть собственно светорегулятор.

Рисунок 1. Светорегулятор на аналоге однопереходного транзистора

Вместо однопереходного двухбазового транзистора КТ117А, в схеме формирования запускающего импульса применен его аналог, собранный на транзисторах VT3, VT4. Если соединить проволочной перемычкой коллектор и эмиттер транзистора VT2, то конденсатор C2 будет заряжаться через резисторы R3 и R4.

Когда напряжение на нем достигнет напряжения открывания аналога однопереходного транзистора, то он откроется и сформирует импульс напряжения на УЭ тиристора VS1, который включится и через нагрузку потечет ток. Запирание тиристора произойдет так же, как в предыдущей схеме в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Резистором R4 регулируется яркость, о чем свидетельствует надпись на схеме. Максимальная яркость будет достигнута, когда движок переменного резистора R4 выведен в крайнее левое по схеме положение, скорость заряда конденсатора C2 максимальна.

Если проволочная перемычка между коллектором и эмиттером транзистора VT2 была установлена, то ее следует снять и продолжить дальнейшие исследования. Схема плавного запуска работает следующим образом.

В момент включения питания конденсатор C1 еще не заряжен, поэтому составной транзистор VT1 VT2 закрыт, а сопротивление участка коллектор – эмиттер транзистора VT2 большое, между резисторами R3 и R4 практически обрыв, что не позволяет заряжаться времязадающему конденсатору C2.

После включения питания по цепи VD1, R1 начинает заряжаться оксидный конденсатор C1. Напряжение на нем начинает плавно возрастать, что приводит к постепенному открыванию составного транзистора VT1 VT2 и конденсатор C2 постепенно заряжается.

Постоянная времени заряда конденсатора C1 такова, что процесс зарядки длится несколько секунд, столько же времени происходит медленное уменьшение сопротивления участка коллектор – эмиттер транзистора VT2, настолько медленное, что похоже на медленное вращение резистора R4 в сторону уменьшения сопротивления: происходит плавное увеличение яркости, которое способствует увеличению срока службы собственно самой лампы накаливания.

Причем в конечном итоге яркость установится в соответствии с положением движка резистора R4, при какой яркости выключили вчера, при той же яркости включится и сегодня. Естественно, что после такого запуска, можно при необходимости регулировать яркость светильника вручную.

Параллельно сетевому выключателю SA1 установлена цепочка из резистора R9 и неоновой лампы HL1, назначение которой подсвечивать выключатель в темном помещении.

Светорегуляторы с использованием динисторов

Схема такого светорегулятора показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Светорегулятор на динисторах

В качестве образца такого светорегулятора можно привести промышленную схему, которая использовалась в отечественных термопластавтоматах (станки для литья изделий из пластмассы). В них она, конечно, не являлась светрегулятором, просто управляла мощностью электрических нагревателей, являясь составной частью, по сути дела, выходным каскадом терморегуляторов.

Силовым элементом схемы являются тиристоры T1, T2 включенные встречно – параллельно, о чем уже упоминалось выше. Каждым тиристором управляет своя цепь запуска, выполненная на динисторе, для каждого тиристора используется свой динистор и свой же конденсатор. Конденсаторы заряжаются через общий для них регулятор – переменный резистор R5 и отдельные диоды D1, D2.

Предположим, что начал заряжаться конденсатор C1. Его цепь заряда следующая: провод NULL, D2, R5, R6, конденсатор C1, лампа La1, провод LINE. Предполагается, что в это время на проводе положительная волна синусоиды. Когда напряжение на конденсаторе C1 достигнет порогового напряжения динистора T4, последний откроется и через УЭ тиристора T2 пройдет открывающий импульс. Тиристор останется в открытом состоянии до тех пор, пока сетевое напряжение не перейдет через ноль. В следующем полупериоде точно так же откроется тиристор T1.

Маленькое замечание. Если любой из выводов переменного резистора R5 отключить от схемы с помощью контакта (на схеме не показан), то ток через нагрузку прекратится. Именно в таком режиме использовался этот регулятор мощности в термопластавтоматах, упомянутых чуть выше.

Нетрудно видеть, что на каждый тиристор приходится свой набор управляющих элементов. Современная элементная база позволяет сделать подобный регулятор еще проще, количество деталей в два раза меньше.

Светорегулятор на современной элементной базе

Его схема показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Светорегулятор с использованием составного динистора

Такая схема содержит совсем немного деталей: вместо двух динисторов, как в предыдущей схеме используется всего один, но зато составной. Просто в одном корпусе два одинаковых динистора включены встречно – параллельно, поэтому такой динистор может работать в цепи переменного тока, полярность включения значения не имеет. Он будет работать в любом случае, если, конечно, исправный.

Кстати, именно эти динисторы используются в энергосберегающих лампах, поэтому, если есть потребность в таких деталях, не выбрасывайте сразу пришедшую в негодность лампу. Тут тоже небольшое замечание: динисторы не «прозваниваются» тестером, поэтому не следует сразу их выбрасывать, надо проверить в схеме.

Силовой ключ выполнен на симисторе, управляющий электрод которого подсоединен напрямую к двунаправленному динистору. Как только напряжение на конденсаторе C1 достигнет порога срабатывания динистора, на УЭ симистора сформируется управляющий импульс, а далее все будет так, как было написано выше.

Регуляторы мощности и светорегуляторы в интегральном исполнении

Одним из типичных представителей таких регуляторов является микросхема КР1182ПМ1А. Внешне она выглядит как обычная цифровая или аналоговая микросхема, поскольку выполнена в стандартном корпусе DIP-16. Это такой пластмассовый прямоугольник с 16-ю выводами. Используя всего несколько навесных деталей можно создать несколько интересных практических конструкций: плавное включение света, сумеречный выключатель, просто регулятор мощности.

Как составная часть микросхема легко вписывается в состав различных устройств регулирования мощности. При этом она способна без внешних силовых элементов – симисторов или тиристоров коммутировать нагрузку мощностью до 150Вт. Если включить параллельно две микросхемы, просто напаяв их в два этажа, то мощность нагрузки можно увеличить вдвое. Простейшая схема включения микросхемы показана на рисунке 4.

Рисунок 4. Светорегулятор на микросхеме КР1182ПМ1

Но и это, оказывается, еще не самый простой и экономичный вариант. Для самых ленивых, в лучшем смысле этого слова, есть интегральные регуляторы мощности, которые используют всего лишь две навесные детали – собственно лампочку и переменный резистор, причем мощность резистора не превышает одного ватта. Такие используются в качестве регулятора громкости в старой аппаратуре. Схема подключения такой «микросхемы» показана на рисунке 5, а внешний вид на рисунке 6.

Рисунок 5. Схема подключения интегрального регулятора мощности POLYDEX R1500

На рисунке 6 показан внешний вид интегрального регулятора мощности POLYDEX R1500.

Рисунок 6. POLYDEX R1500. Внешний вид

Борис Аладышкин,


Источник: http://elektromehanika.org/publ/stati_po_ehlektronike/samodelnye_svetoreguljatory/4-1-0-144


12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным

12 в переменный ток как сделать постоянным