Регулятор мощности 1кВт, собранный своими руками, сможет найти широкое применение, как в хозяйстве, так и в мастерской. Он способен регулировать ток нагрузки в сети напряжения переменного тока. Например, регулятор мощности может применяться для регулировки температуры жала паяльника, ТЭН. С помощью него можно управлять температурой плитки для готовки мощностью 1кВт. Помимо этого, регулятор мощности способен регулировать яркость ламп накаливания или устанавливать необходимые обороты коллекторного двигателя (болгарки, дрели, перфоратора).
Схема регулятора мощности 1кВт
Схема типичная, построенная на симисторе и имеет принцип фазового регулирования. Сам принцип работы рассмотрен ниже.
Я рекомендую прочитать статью «Регулятор мощности для ТЭН не создающий помех».
Компоненты схемы
Резистор R1 мощностью 0.25Вт, этого вполне достаточно. Переменный резистор RV1 сопротивлением 500кОм, если применить с меньшим сопротивлением, то регулировка будет происходить не от нуля и в малом диапазоне.
Конденсатор C1 должен быть рассчитан на напряжение 400В. На печатной плате имеется место под пленочный конденсатор.
Светодиод обычный (3В), диаметром 3мм, потребляющий ток 20мА. У меня установлен прямоугольный светодиод, с такими же параметрами.
Симистор (триак) BTA08-600B или другой. Рекомендации по выбору симистора для регулятора мощности описаны ниже.
Светодиод VDS1 и диод VD1 можно не устанавливать, но тогда на печатную плату необходимо установить вместо одного из них перемычку.
Принцип работы
Силовым регулирующим элементом схемы является триак или симистор VS2. Он в отличие от тиристора может пропускать ток нагрузки в обоих направлениях, что очень удобно для работы в цепях переменного тока.
Конденсатор C1 постоянно перезаряжается напряжением переменного тока (~220В). Ток его заряда ограничен резисторами R1 и RV1 и также протекает через диод VD1 и светодиод VDS1 (поочередно). Зарядка конденсатора и свечение светодиода выполняются, только если подключена нагрузка.
Напряжение с конденсатора поступает на динистор VS1, который имеет порог открытия 32В. При преодолении этого порога через динистор начинает протекать ток в управляющий вывод (G) триака VS2, который в свою очередь открывается.
При открытии триака VS2, переменный ток нагрузки будет протекать через выводы A1 и A2 до тех пор, пока ток нагрузки не упадет практически до нуля (ток удержания 50мА), а это произойдет, когда синусоида будет проходить через нуль.
Предположим, что сопротивление реостата RV1 равно 0, тогда C1 будет свободно заряжаться до порога открытия динистора VS1 за минимальное время. В тот момент, пока динистор, а, следовательно, и симистор VS2 закрыты, на выходе регулятора мощности ток нагрузки протекать не будет, а значит, часть (незначительная) синусоиды будет срезана.
Предположим, что сопротивление реостата RV1 равно 250кОм, тогда C1 будет намного дольше заряжаться до порога срабатывания динистора, и симистор будет находиться намного дольше в закрытом положении.
При сопротивлении RV1 равном 500кОм конденсатор практически не сможет зарядиться до напряжения открытия динистора, а, следовательно, почти вся синусоида будет отсечена, симистор практически все время будет закрыт.
Без нагрузки регулятор мощности работать не будет, поэтому не стоит его использовать в качестве регулятора напряжения.
Выбор симистора
Для данной схемы я не рекомендую применять симисторы серии BT с чувствительным затвором, так например, установив BT137-600E, при небольшом нагреве он переставал закрываться. Были танцы с бубном. Хотя данную схему с симисторами серии BTA я повторял уже около десятка раз, собирая регуляторы себе и знакомым, проблем с ними не было. Аналогом серии BTA является серия BTB, которая также рекомендована для данной схемы.
При нагрузке 1кВт через симистор регулятора мощности будет протекать ток примерно равный 4.5А, поэтому симистор должен быть рассчитан на ток с запасом. Я рекомендую применить BTA08-600B (ток 8А) или BTA10-600B (10А). Мощнее ставить нецелесообразно, но можно. Можно установить BTA06-600B (6А), но это снизит надежность регулятора мощности из-за слишком малого запаса по току.
Расположение выводов BTA08-600B.
Серия BTA отличается от серии BTB изолированным корпусом. У обоих металлическое основание, но симистор (BTA) можно установить на теплоотвод без изоляционной прокладки и втулки, в отличие от BTB.
Внимание! Есть подделки. Ниже на фото представлен симистор BTA16-600B, который согласно технического описания должен иметь изолированный корпус, но при проверке мультиметром металлическое основание звонится на второй вывод (A2), как будто это BTB16-600B.
Будьте осторожны и перед установкой проверяйте мультиметром сопротивление между основанием корпуса симистора и всеми его выводами, это сопротивление должно быть бесконечным. В противном случае устанавливайте симистор на радиатор через изоляционные втулки и прокладки, как и в случае с серией BTB.
Выбор площади радиатора
Я проводил немало испытаний своего регулятора мощности 1кВт и могу порекомендовать теплоотвод с минимальной площадью 150см2. Это с тем учетом, что теплоотвод находится снаружи корпуса регулятора мощности, а триак установлен на радиатор с применением теплопроводной пасты КПТ-8.
Ниже представлены фотографии опыта, при котором регулятор мощности 1кВт был нагружен нагревателем воды, с выставленным током 5 Ампер. Теплоотвод (140см2) установлен с применением пасты КПТ-8, корпус симистора BTA08-600B изолированный (прокладка не устанавливалась). В течение 15 минут происходил рост температуры радиатора до 520C, после чего рост прекратился, и еще 45 минут работы температура оставалась постоянной.
Верхняя граница рабочей температуры перехода у BTA08-600B равна 1250C. Температура его корпуса, а тем более радиатора, будет значительно ниже. Поэтому, я настоятельно рекомендую выбирать площадь теплоотвода таким образом, чтобы при долговременной мощности 1кВт его температура не превышала 60-700C.
Сечение проводов
Для соединения платы с сетью или узлами коммутации (розетка, выключатель и т.д.) необходим провод ШВВП, имеющий сечение 0.75мм2. Можно применить провод ВВГ сечением 1.5мм2, но он неудобен из-за своей жесткости.
При эксплуатации провод не должен быть горячим.
Не применяйте в регуляторах мощности тонкие провода, это ненадежно со стороны пожарной безопасности.
Уязвимые места регулятора мощности
Уязвимыми местами являются винтовые клеммы. Они должны быть хорошего качества, без люфтов. Винты должны иметь неповрежденную резьбу. Если контакт будет ослаблен, то это место будет нагреваться и с течением времени произойдет разрушение клемм с возможным возгоранием. Клеммы можно заменить пайкой.
Печатная плата
Печатная плата регулятора мощности 1кВт имеет ширину силовых дорожек 4мм, чего вполне достаточно. За час работы на полной мощности дорожки теплые (не горячие).
Силовые дорожки можно покрыть толстым слоем олова, это повысит их сечение и избавит от коррозии.
Печатная плата регулятора мощности СКАЧАТЬ
Datasheet на BTA08-600B СКАЧАТЬ