Регулятор мощности для бытовых устройств
категория
Электроника в быту
Ю. НИГМАТУЛИН, с. Новопетропавловское Курганской обл.
Радио 1998 год, №7
По утверждению автора- предлагаемое электронное устройство может быть с успехом использовано для регулирования рабочей температуры жала электропаяльника, электроплиты, электропечи и других подобных нагрузок с большой тепловой инерцией.
От аналогичных регуляторов мощности, описанных ранее в «Радио», предлагаемое устройство отличается простотой управления тринисторами, коммутирующими нагрузки, работающие в повторно-кратковременном режиме. Такой режим характерен тем, что длительность цикла регулирования постоянна, а длительность включения нагрузки и паузы изменяется или, говоря иначе, изменяется скважность — отношение времени включения нагрузки к длительности цикла регулирования. В варианте регулятора, о котором идет речь, длительность цикла выбрана равной 45 с, а диапазон плавного регулирования мощности в нагрузке — от 5 до 95%. Максимальная мощность нагрузки — 2 кВт.
Регулятор мощности (рис. 1) состоит из симметричного мультивибратора на транзисторах VT2 — VT5, усилителя тока мультивибратора на транзисторе VT1, электромагнитного реле К1 и тринисторов VS1 и VS2, выполняющих функцию электронных коммутаторов. Резистором R13 изменяют скважность импульсов управления на коллекторе транзистора VT2, а следовательно, и мощность в нагрузке, подключаемой к разъему Х1. При этом период следования импульсов мультивибратора изменяется незначительно. Резисторы R12 и R14 ограничивают ток в базовых цепях транзисторов VT3, VT4 при крайних положениях движка переменного резистора R13.
Схема регулятора мощности
Диодный мост VD3, резистор R7, гасящий избыточное напряжение сети, конденсатор СЗ, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения, — бестрансформаторный блок питания устройства. Стабилитрон VD4 ограничивает напряжение на выходе выпрямителя до 25...28 В, когда транзистор VT1 закрыт и реле К1 в его коллекторной цепи обесточено.
Коммутация нагрузки осуществляется контактами К1.1 и К1.2 реле К1 в цепях запуска тринисторов VS1, VS2. Узел запуска тринистора VS1 образуют контакты К1.1 реле, резистор R3, конденсатор С1, динистор VD1 и резисторы R2, R1, а узел запуска тринистора VS2 — контакты К1.2, резистор R4, конденсатор С2, динистор VD2 и резисторы R5, R6.
Когда обмотка реле обесточена и контакты К1.1 и К1.2 разомкнуты, оба тринистора находятся в закрытом состоянии и мощность в нагрузке равна нулю. Когда же импульсом управления открывается транзистор VT1, реле К1 срабатывает и замкнувшимися контактами К1.1 и К1.2 включает цепи запуска тринисторов. С этого момента тринис-тор VS1 начинает пропускать положительную полуволну сетевого напряжения, а VS2 — отрицательную.
Тринистор VS1 открывается импульсом тока разрядки конденсатора С1, поступающим на его управляющий электрод через динистор VD1. Заряжается же конденсатор С1 сетевым напряжением через резистор R3 до момента включения динистора. Резистор R2 — токоог-раничивающий. Резистор R1 необходим для надежного закрывания тринистора VS1. Пока тринистор открыт, падение напряжения на нем не оказывает никакого влияния на цепь запуска до конца полупериода сетевого напряжения.
Аналогично работает и тринистор VS2, но при отрицательной полуволне сетевого напряжения. А так как напряжение включения динистора VD1 составляет примерно 20 В, то коммутация нагрузки происходит при таком же напряжении с малым уровнем помех, не оказывающих заметного влияния на работу других электроприборов, питающихся от той же сети переменного тока. При закрывании транзистора VT1 обмотка реле К1 обесточивается, контакты К1.1 и К1.2 размыкаются и нагрузка отключается от сети.
С поступлением на базу VT1 очередного управляющего импульса мультивибратора цикл регулирования мощности в нагрузке повторяется.
Принцип работы регулятора иллюстрируют временные диаграммы, приведенные на рис. 2. На нем диаграммы а соответствуют режиму минимальной мощности, а диаграммы б — максимальной.
Детали узла управления смонтированы на печатной плате размерами 110x42 мм (рис. 3), выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Остальные — на макетной плате (печатная плата не разрабатывалась), размеры которой диктовались габаритами подобранных деталей. Оксидные конденсаторы — К50-6. Резистор R7 составлен из трех последовательно соединенных резисторов ПЭВ-10 или ПЭВ-7,5 сопротивлением 2,2 кОм каждый. Он заменим конденсатором емкостью 0,47 мкФ на номинальное напряжение не менее 400 В. Параллельно этому конденсатору следует подключить резистор сопротивлением 510 кОм 0,5 Вт, последовательно с конденсатором — 36 Ом такой же мощности. Переменный резистор R13 — СП-I группы А, остальные — МЛТ.
VT2—VT5 — любые кремниевые структуры n-р-n со статическим коэффициентом передачи тока базы не менее 30. Транзистор VT1 может быть КТ815 или КТ817 с буквенным индексом Б — Г. Вместо тринисторов КУ202Н (VS1, VS2) подойдут КУ202М, КУ202К, КУ202Л. Реле К1 — РЭС47 на напряжение срабатывания 24 В.
Конструктивно регулятор выполнен в корпусе от абонентского громкоговорителя. Переменный резистор R13 установлен на место регулятора громкости. Если он группы А, то шкала регулирования мощности получается линейной. Тринисторы VS1, VS2 и стабилитрон VD4 установлены на ребристые теплоотводы.
Безошибочно собранный регулятор не требует налаживания. Для проверки его работоспособности к разъему Х1 надо подключить лампу накаливания мощностью 100...200 Вт. Изменение длительности свечения лампы и паузы между ее включениями при вращении ручки резистора R13 «Мощность» свидетельствует об исправной работе устройства.
Нагрузкой описанного регулятора вот уже более двух лет служит электроплита, у которой вышел из строя биметаллический регулятор температуры нагрева. Средняя ежедневная длительность работы — 3...4 ч. За все время эксплуатации не было ни одного отказа, полностью отпали проблемы с контактами биметаллического терморегулятора.