Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех

В интернете есть множество примитивных схем симисторных регуляторов мощности. Собранные по этим схемам регуляторы заполонили рынок, включая всем известный Aliexpress. Схемы очень простые и имеют минимум компонентов, не требуют настройки, поэтому заслужили огромную популярность среди потребителей. Но, они все имеют один недостаток, а именно большие помехи, которые излучает регулятор мощности при изменении угла фазы открытия симистора. Помимо помех нагруженное устройство, особенно электродвигатели, нагреваются и создают значительное гудение.

Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех

Представленный в этой статье регулятор мощности для ТЭН не создает помех и может регулировать мощность до 3кВт. Незначительное изменение номиналов (читать ниже) даст возможность регулировать обороты синхронного или асинхронного двигателей без значительного их нагрева, как например, при использовании примитивного симисторного регулятора.

Схема регулятора мощности для ТЭН не создающего помех

Схема регулятора мощности для ТЭН не создающего помехи

Принцип регулирования основан на интервальном открытии и закрытии симистора в момент прохождения синусоиды через ноль. Грубо говоря, одну секунду симистор открывается, а потом секунду он закрыт. Эти интервалы вырабатывает генератор, и они настраиваются переменным резистором.

Теперь подробнее. Диодный мост VD1-VD4 выпрямляет напряжение переменного тока ~220В. Далее с помощью балластного конденсатора C1 и стабилитрона VD5 напряжение понижается и стабилизируется на уровне +12В. Пульсации сглаживаются емкостью C2. Напряжение +12В будет питать схему управления симистором VS1.

 

Регулятор мощности для ТЭН без помех

Схема управления симистором состоит из двух основных узлов. Первый - это генератор импульсов, построенный на таймере DA1, а второй узел - это гальваническая развязка на оптопаре U1.

Генератор имеет практически постоянную частоту (около 1Гц) с изменяемой шириной импульса.

При спаде импульса на выходе таймера DA1 (вывод 3), его 7 вывод внутренне (через встроенный транзистор) соединяется с общим проводом (GND) и через светодиод U1, резистор R4 и светодиод HL1 протекает ток около 10мА. Внутренний светодиод U1 засвечивается и оптосимистор U1 открывается, подавая управляющий ток в вывод G симистора VS1. Открытие оптосимистора происходит только при прохождении синуса через ноль, так как MOC3063 имеет такую схему контроля. Это и исключает помехи данного регулятора. Открывшийся симистор VS1 пропускает через себя ток нагрузки ТЭН.

Далее по фронту импульса на 3 выводе таймера DA1 вывод 7 отключается от общего провода и оптопара U1 закрывается, вслед за ней закрывается симистор, отключая ТЭН. И далее все по циклу повторяется, пока таймер генерирует импульсы.

Ширина импульса зависит от скорости заряда и разряда конденсатора C3. Чем дольше происходит заряд и быстрее происходит разряд, тем уже импульс и наоборот. Регулируется это переменным резистором R2. Заряд емкости C3 выполняется с выхода таймера (вывод 3) через цепь R3VD6R2, а разряд происходит через R2 и VD7.

На графике выходное напряжение регулятора мощности будет выглядеть пачками целых, необрезанных периодов (полупериодов).

Принцип работы регулятора мощности на таймере NE555

 

 

Параллельно силовым терминалам симистора VS1 подключена помехоподавляющая цепь R7С5, ее можно и не устанавливать.

По интервалам засвечивания HL1 можно судить об уровне ограничения мощности ТЭН.

Симисторный регулятор без помех

Компоненты

Резисторы R1 и R7 мощностью 1Вт. Остальные 0.25Вт.

Емкости C1 и С5 пленочные на 400В. Конденсатор C4 керамический на 63В.

Для увеличения частоты генератора (для работы с электродвигателями) можно уменьшить емкость конденсатора C1, например до 1мкФ.

MOC3063 меняется на MOC3043 или MOC3083. Можно пробовать установить MOC3061 или MOC3062 но для их открытия нужен больший ток, а значит нужно уменьшать номинал R4, что может повлечь за собой необходимость увеличения емкости балластного конденсатора C1.

Стабилитрон с малым минимальным током открытия BZX55C10, BZX55C11 или BZX55C12. Подойдет и отечественный стабилитрон Д814В(Г,Д). Не подойдут стабилитроны 1n474*, либо опять же придется увеличивать емкость балластного конденсатора C1.

Регулятор мощности на симисторе без помех

Симистор VS1 выбирается исходя из тока нагрузки, и берется минимальный запас по току не менее 30%. Для регулятора мощности ТЭН 3кВт я применил симистор BTA20-600B (рассчитанный на 20А). Рекомендую применять серию BTA с изолированным корпусом. Корпус симистора этой серии имеет металлический фланец, но он не соединен с его выводами. Подойдут, например BTA12-600B или BTA16-600B. Работать будет и серия BT, например, по этой схеме на симисторе BT137-600D я собирал регулятор температуры паяльника.

Для более надежной работы рекомендуется использовать светодиод красного цвета в качестве компонента HL1. У красного цвета наименьшее падение напряжения, это важно для этой схемы.

Охлаждение

Площадь теплоотвода будет зависеть от мощности ТЭН. Для 1кВт минимальная площадь приблизительно составит 150см2, для 2кВт – 300см2, для 3кВт – 450см2.

Не забываем про термопасту между симистором и радиатором. Также не забываем установить изоляционную прокладку и втулку, если корпус симистора неизолированный.

При использовании регулятора с ТЭН мощнее 1.5кВт я рекомендую пропаять медную жилу вдоль силовых дорожек печатной платы и демонтировать с нее винтовые клеммы, заменив их пайкой. Это исключит слабые места регулятора.

Печатная плата регулятора мощности не создающего помехи

При эксплуатации на большой мощности (более 1.5кВт) установите автоматический выключатель, так как стеклянные предохранители очень сильно раскаляются, особенно в местах соприкосновения с держателем.

Испытание

При испытаниях регулятора мощности действительно симистор открывался при прохождении синуса через ноль, что очень порадовало отсутствием мерцания рядом включенного светильника, как при использовании примитивных схем. Для убеждения я через понижающий трансформатор взглянул осциллографом на форму выходного напряжения, синусоида была с целыми периодами без отсечения.

Первое включение было с подключенной на выход лампой накаливания, при этом радиатор можно не ставить, если лампа слабее 80Вт.

Регулируем мощность без помех

Регулятор на симисторе

Далее регулятор был нагружен ТЭН мощностью 1.3кВт, полет нормальный.

Регулятор ТЭН

Диммер для ТЭН

Печатная плата регулятора ТЭН не создающего помех СКАЧАТЬ

4 комментария к “Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех”

      1. Обидно, хотел амперметр поставить для контроля тока через тэн. Теперь и незнаю как будет показывать ток, тоже скачками в 1сек. Регулятор делал для ректификационной колонны

Оставьте комментарий