РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ 220В НА ОДНОПЕРЕХОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ КТ117
NP859V1
Я много раз применял разного рода регуляторы мощности на тиристорах. Схема, изображенная на РИС.1. одна из самых проверенных и надежных. Каждый элемент, изображенный на ней обсосан и изучен. Это позволяет твердо заявить: "Будет работать как молоток".
РИС.1 ТИРИСТОРНАЯ СХЕМА УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ НА ОДНОПЕРЕХОДНОМ ТРАНЗИСТОРЕ.
ДЕТАЛИ:
- Нагрузка. Нарисована лампочка, потому что дома применяют тиристоры, в основном, для управления светом. Театральный псевдоним такого устройства - ТЕМНИТЕЛЬ. Довольно точно. Лампочка горит ярко, а мы поставим тиристор и притемним ее. С помощью тиристоров можно управлять зарядом аккумулятора или сделать преобразователь напряжения, но об этом потом. Сейчас о ЛАМПОЧКАХ. Возьмем любую лампочку и померим тестером ее сопротивление. Подсчитаем ее мощность. Формулу напомню U*I=U*U/R. Квадрат напряжения (220*220= 48400) делим на сопротивление в Омах. Что, получилось? Совпало с написанным на лампе? А на ноль не ошиблись? Вот именно, если бы сопротивление лампочки не менялось при нагревании, то она была бы в 10 (десять) раз мощнее. Так что пусковой ток у слабенькой 100 Ваттной лампочки тянет на киловатт. Вот такие импульсные нагрузки. Не забывайте об этом никогда. Поэтому лучше не гасить лампу полностью, а поддерживать ее слабое свечение (это о цветомузыке). Например мощные кинопроекционные лампы обязательно перед включением на полную мощность разогревают до слабого свечения. Для обеспечения начального накала есть потенциометр RP1, включенный по схеме переменного резистора. Этот начальный накал кроме всего прочего позволяет управлять лампами плавно и пропорционально. Подал вольт - горит слабо, подал два - сильно, подал три - очень сильно. Подал полтора и горит на полтора.
- Тиристор VDT может быть любым, начиная с КУ101 ... КУ221 ... КУ202.. и кончая двухсотамперными монстрами. Иногда попадаются тупые тиристоры, которые никак не открываются. Можно принять меры по повышению мощности импульса отпирания, но скорее всего надо просто взять исправный тиристор. Для использования в сети 220В надо применять 300 Вольтовый тиристор, да еще чтобы он держал обратное напряжение. Это чаще всего КУ202Н. Однако я вовсю использовал и низковольтные вплоть до 100В (КУ202Е,Ж,И,К,Л). Некоторые из них не тянут, особенно при нагреве, но большинство - вполне ничего. Для страховки от обратного пробоя последовательно или параллельно (встречно) с тиристором включаем мощный диод (диод годится, если нагрузку можно подключить через него к питанию, и он не сгорит). Если диод включен последовательно, то лампа не может гореть ярче, чем вполнакала, если параллельно - то лампа регулируется от половины до 100% . Симистор нуждается для управления не во втекающем, а в вытекающем токе, поэтому если поставить в эту схему симистор КУ208, то он будет работать как обыкновенный тиристор (втекающий импульс открывает тиристор только на положительную полуволну.)
- Резистор RT положен тиристору по уставу. Ну положен и все. Правда, можно и без него, но напряжение без тиристор держит хуже и может несанкционированно открываться. Номинал 100 Ом взят из технических требований на КУ202. Такой же можно использовать и для любых других тиристоров.
- ГАСЯЩИЙ резистор RW предназначен для обеспечения питания схемы. На нем падает добрых 200 Вольт и он довольно сильно греется. Его номинал может быть от 22К (при этом на нем рассеивается 2Вт) до 100К (мощность 200В/100К * 200В = 2мА*200В=400мВт. То есть хватит полуваттного резистора. Одного гасящего резистора достаточно для обеспечения нескольких схем управления. При 22кОм к нему можно подключить добрый десяток. Соответственно и тиристоров будет десяток.
- Стабилитрон обеспечивает защиту транзистора от перенапряжения. На нем гасится не 200 вольт, а 10 миллиАмпер. Это под силу почти любому стабилитрону (кроме стеклянного). Кроме того стабилитрон должен быть НЕдвунаправленным (это обычно такие оранжевые прямоугольнички). Если есть только такой, то надо параллельно ему включить обычный маломощный диод (любой) для того, чтобы на питание схемы не подавался минус. Это вернр для случая, когда нет дополнительных мостов или диодов, которые снимают эту проблему. Если схема используется при напряжении меньше 50В, то стабилитрон можно не ставить, но резистор R1 должен быть таким, чтобы погасить межбазовое напряжение до 30В. При переменном напряжении 50В - амплитудное = 50*1,3=65В. Межбазовое сопротивление находится в пределах от 3 (КТ117А,Б на холоде) до 18К (КТ117В,Г при нагреве) то есть резистор надо взять 22 кОм для самого худшего случая (горячий транзистор КТ117Г).
- Питание устройства выполнено так, что в момент прохождения питающей синусоиды через "0" происходит провал питающего напряжения. В этот краткий момент принудительно генерируется очередной импульс и к началу следующего полупериода вся схема приходит в исходное состояние. Таким образом, наличие какой бы то ни было емкости в цепи питания, например параллельно стабилитрону, недопустимо.
- Тиристор на РИС.1 работает только один полупериод, второй полупериод игнорируется и лампа горит максимально вполнакала. При этом желательно включить последовательно с RW маломощный диод, чтобы отсечь ток на время холостого полупериода (этот резистор будет греться в 2 раза меньше).
- Для использования обоих полупериодов можно
- Включить встречно-параллельно тиристору VDT мощный диод (по максимуму он должен обеспечивать нагрузку). Но регулировка будет только в пределах 50...100%.
- Поставить на самом входе выпрямительный мост. Это очень радикально. Не нужно никаких дополнительных диодов и регулировка на все 100%. Впрочем не на 100.
- Конденсатор С1 обеспечивает не только задержку отпирающего импульса, но и что очень важно, мощность этого импульса. Можно увеличить этот конденсатор вплоть до 1 мкФ для обеспечения открывания самых упрямых тиристоров. При этом придется пропорционально увеличить ток заряда этого конденсатора (снизить сопротивление переменного резистора RP1 и входного управляющего элемента (RA).
- Однопереходный транзистор, как пиво при социализме - одного сорта: КТ117. Использовать можно с любой буквой. Как этот транзистор работает напишу если будут о том просьбы.
- Резистор R1 снижает мощность импульса управления и повышает входную чувствительность регулятора. Его можно совсем не ставить.
- Переменный резистор RP1 обеспечивает начальный угол отпирания тиристора. Им можно установить небольшой начальный (нулевой)накал ламп для улучшения линейности управления и более мягкого режима работы ламп.
- Управляется регулятор дополнительным входным током (если считать ток через RP1 основным). Для ручной регулировки можно обойтись обычным переменным резистором, включенным параллельно RP1. Однако задать начальный ток и обеспечить максимальное открытие тиристора - задачи несколько разные. Простым замыканием RP1 накоротко мы не откроем тиристор, а просто совсем закроем, так как прекратится генерация импульсов. Именно короткими и мощными импульсами и сильна эта схема. Вот если переменный резистор RA подключить с использованием дополнительного диода и конденсатора, то тиристор удается открыть на больший угол. Максимальное свечение ламп будет больше.
- Прежде, чем гнаться за максимальным открытием тиристора, подумайте, нужно ли это! Яркое горение ламп сильно сокращает срок службы ламп. Оно необходимо только для прожекторов с зелеными и особенно с синими светофильтрами, а для обычного освещения совершенно не обязательно перекаливать лампы.
- Теперь о достижении 100%
горения ламп. Дело в том, что тиристор при большом
напряжением открывается легче, чем при малом, то
есть начало и конец полупериода - зоны
ухудшенного отпирания. Если под конец
полупериода открывать тиристор не так уж
обязательно: все равно лампочки не светятся, то
начало полупериода, когда напряжение еще мало,
иногда хочется использовать как можно полнее.
Есть несколько путей для достижения этой цели:
- Подаем на управление тиристором не импульс, который даже будучи достаточно мощным, отпирает тиристор, но не предотвращает его закрытия сразу после отпирания, когда полупериод еще находится в начальной стадии, а постоянный ток. По паспорту на КУ202 это 100 мА. Не знаю, как по Вашему, а по моему это дико много. 5-10 тиристоров это до 1 Ампера, причем питание управления не менее 12В, которые частично будут рассеиваться на резисторах, транзисторах и прочем. 12 Ватт дополнительного тепла, силовой трансформатор (ниже надежность).... и пошло и поехало.
- На
РИС.1. Изображена улучшеная входная цепь,
содержащая диод VDA и конденсатор CA. Один диод не
дает никакого эффекта. Конденсатор без диода
приводит к нарушению генерации. На
РИС.2. размещен график зависимости яркости
свечения ламп (именно яркости, которая
измерялась люксометром) от управляющего
напряжения, которое подавалось на вход оптрона
ОЭП-14 (содержит лампочку накаливания на 6В и
фоторезистор), включенный на схеме РИС.1. как RA. На
входе питания 220В был установлен выпрямительный
мост и за 100% принята яркость свечения ламп при
физическом коротком замыкании тиристора.
