Для чего необходимы и как собрать симисторные регуляторы мощности?

Что это такое? Под данным термином понимается оборудование, которое предназначено для регуляции мощности потребителей, подключенных к сети. В основе лежит симистор, являющийся прибором-полупроводником со сложной пятислойной структурой, одна из разновидностей тиристора, используемая для максимально быстрого изменения параметров и свойств электрического тока внутри сети.

Главное отличие симистора заключается в особенностях силовых выводов данного прибора, которые одновременно являются катодами и анодами, в то время как у тиристоров они строго разделены.

Различия в силовых выводах прибора принципиальны только в процессе включения, когда по отношению к главному электроду они являются условным анодом и условным катодом.

Назначение и устройство

Учитывая этот факт, подобные устройства могут выполнять следующие основные функции:

1. Изменение яркости свечения ламп для регуляции степени освещения в помещениях.
2. Контроль за работой отопительных приборов, осуществление изменения параметров нагрева их рабочей поверхности.
3. Регулирование параметров работы вентиляционного оборудования в жилых или служебных помещениях.
4. Регулировка мощности работы иного оборудования с возможностью изменения параметров функционирования от 0 (отключение) до 100 (максимальная мощность).
5. Определение аварийных параметров для определенного оборудования, подключенного в сеть.
6. Снижение количества потребляемой энергии.
7. На основе данных приборов создаются диммеры – особая модификация выключателей света, отвечающая за его яркость.

Все подобные регуляторы мощности, изготовленные на основе симисторов, имеют специфическое устройство, которое описано ниже:

1. В структуру входит 3 выводных электрода, один из них является главным управляющим элементом. Главный электрод имеет общепринятое обозначение G, а остальные элементы обладают маркировкой Т1 и Т2 либо А1 и А2.
2. Количество слоев полупроводников всегда равняется 5, такая структура прибора позволяет ему пропускать электрический ток во всех направлениях. В целом, эта система напоминает устройство транзисторов p-n-p образца, но отличие заключается в увеличение количества областей, которым свойственна n-проводимость. При этом, 2 области, расположенные непосредственно около анода и катода, образуют четвертый полупроводниковый слой и отвечают за его функционирование. 5 слой образуется за счет n-проводниковой области, расположенной возле главного электрода.
3. В корпусе самого симистора находится одновременно 2 различных полупроводника, что отличает его от предшественника – тиристора.

Принцип работы

фазовое управление симистором

В ходе работе и выполнения своих функций, все без исключения симисторные регуляторы мощности пользуются принципом фазового управления. Их функционирование осуществляется благодаря изменениям периода вхождения симистора в рабочий режим относительно прохождения напряжения внутри электросети через ноль.

Это служит причиной возникновения отрицательных или положительных полуволн, то есть фактически меняет форму питающего напряжения.

Более подробно данный процесс можно описать следующим образом:

1. Начинает функционировать положительный полупериод, в это время симистор в структуре регулятора мощности остается закрытым.
2. Напряжение внутри сети постепенно увеличивается, параллельно конденсатор начинает свою подзарядку через делители.
3. Сдвиг по фазе вызывает отставание напряжение на конденсаторе от общесетевого показателя, несмотря на тот факт, что первый параметр постоянно наращивается.
4. Величина отставания напряжения напрямую зависит только от общего сопротивления задействованных резисторов и емкости конденсатора.
5. Конденсатор продолжает заряжаться до той степени, пока показатель его напряжения не дойдет до таких параметров, при которых возможен проход через динистор.
6. После того, как напряжение на конденсаторе достигает примерно 32 В, необходимый параметр достигнут и динистор открывается, сразу после этого происходит и открытие синистора.
7. После открытия динистора и синистора, благодаря оказываемой нагрузке, начинается движение электрического тока. Его величина зависит от общего сопротивления синистора, находящегося в открытом состоянии, и объемов оказываемой нагрузки.
8. Синистор сохраняет открытое состояние до момента завершения полупериода.
9. Резистор в это время устанавливает напряжение, при котором возможно одновременное открытие динистора и синистора. Иными словами, резистор фактически начинает осуществлять процесс регулирования параметров мощности.
10. В периоды, когда действует проходящая отрицательная полуволна, схема функционирует по точно таким же принципам, как и в положительный полупериод.

Таким образом, описывается принцип работы, по которому осуществляется функционирование обычного симисторного регулятора мощности.

Сборка своими руками

схема

Многие люди, хотя бы немного разбирающиеся в электронике, могут самостоятельно собрать симисторный регулятор мощности. Главным условием является наличие в схеме самого симистора и реализация его принципа действия, который был описан выше.

Первоначально, необходимо сделать следующие приготовления:

• свободная плата;
• 6 резисторов, которые в дальнейшем будут иметь обозначения R1, R2, R3, R4, R5 и R;
• индукционная катушка;
• 4 конденсатора, будут обозначены как C1, C2, C3 и C;
• 1 симистор;
• 3 динистора, будут обозначены как VD1, VD2 и VD;

После того, как все приготовления сделаны, можно приступать к самому процессу изготовления симисторного регулятора мощности:

1. На приготовленной плате со специальными штырьками ставятся перемычки, которые помогают организовать проволочный шлейф в верхнем ряду.
2. После осуществления этого действия, в самом нижнем ряду создается такой же второй шлейф.
3. К обоим шлейфам необходимо припаять конденсатор C1, а к концу верхнего шлейфа еще подсоединить резистор R1 с сопротивлением 1 Вт.
4. К нижнему шлейфу необходимо последовательно подключить динистор VD2, конденсаторы C2 и C3, симистор VS1, резистор R
5. От VD2 идет подключение к динистору VD
6. От динистора VD1 проводится дополнительный шлейф, к которому подсоединяется сопротивление регулирующих резисторов R1, R2, R4 и R
7. Теперь необходимо перейти к верхнему шлейфу, к которому подключается резистор R
8. Последовательно туда же подключается и индукционная катушка.
9. От индукционной катушки идет подключение к симистору и конденсатору C4, а от него к резистору R
10. Динистор VD3 подсоединяется к управляющему электроду симистора VS
11. Необходимо закольцевать конденсатор C3, резисторы R3, R4 и R5, после чего получившуюся связку подключить к динистору VD
12. Точно также закольцовывается конденсатор C2, резисторы R2 и R3 и подключаются к тому же динистору VD

На этом, сбор симисторного регулятора мощности завершен, описание данной схемы является полностью рабочим и, если все было сделано в соответствии с ним, то должно получиться работоспособное устройство, в котором за регуляцию мощности ламп будет отвечать резистор с сопротивлением 1 Вт – R5.

Обзор моделей

Ниже будут рассмотрены различные модели современных симисторных регуляторов мощности, которые представлены на рынке:

Регулятор мощности РМ 2

Эту модель одинаково успешно можно использовать как в домашних условиях, так и на производстве. Основное предназначение заключается в изменении показателей мощности при функционировании отопительных приборов и источников освещения.

Отличительной чертой регулятора РМ 2 является низкий уровень зависимости от сетевого напряжения, устройство способно поддерживать стабильное напряжение на выходе вплоть до 1 В. Это положительно влияет на сам процесс изменения мощности, поскольку позволяет избежать резких перепадов и температурного перегрева оборудования.

Цена на такой прибор составляет около 1500 рублей.

Регулятор мощности РМ 2 16 А

Данный прибор был разработан специально для быстрого подключения и использования на промышленных и производственных предприятиях. Основные задачи регулятора заключаются в коррекции уровня освещения на объектах, изменении степени обогрева напольных покрытий, а также управлении скоростью вращения ряда двигателей коллекторного либо синхронного типа.

РМ 2 16 А может функционировать при входном напряжении, достигающим 400 В, также, как и РМ 2 способен поддерживать заданное стабильное напряжение до 1 В вне зависимости от колебаний этого параметра в электросети.

Средняя цена на данную модель составляет 2500 рублей.

Регулятор мощности РНЭ-1

Прибор предназначен для использования в быту и позволяет плавно осуществлять изменение напряжения в сети при помощи силового симистора, это дает возможность регулировать яркость ламп, мощность обогревателей и иного оборудования, которое способно по своим параметрам переносить изменение синусоидальной формы поступающего электрического тока.

Обладает защитой, которая представляет собой плавкий термический предохранитель. Функционирует данная модель при напряжении до 220 В.

цена на РНЭ-1 варьируется в рамках 1200-1400 рублей.

Регулятор мощности NF

Представляет собой не только полноценный прибор, но и своеобразный конструктор, который необходимо самостоятельно доработать перед началом использования. В комплектацию входит плата, схема и все необходимое для сбора симисторного регулятора мощности.

Готовый прибор можно задействовать в быту, как многофункциональное устройство, что обуславливается обширным диапазоном регулировки параметров.

Цена составляет около 1000-1200 рублей.