Главная » Автоматика в быту
Призовой фонд
на январь 2020 г.
1. 1000 руб
Сайт Паяльник
2. 200 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Простой трехканальный тиристорный регулятор мощности

Регулятор мощности, описываемый ниже (РМ), предназначен для регулировки мощности нагревательных приборов мощностью до 2кВт на канал. Каждый из каналов имеет раздельную плавную регулировку. Особенность регулятора в том, что все каналы работают поочередно, нагружая проводку последовательно каждой из подключенных к регулятору нагрузок. Понятно, что схема ограничивает мощность каждого из каналов на уровне 1/3 от номинальной, но в этом и состоит основной смысл постройки такого коммутатора-регулятора-ограничителя. Автором схема разрабатывалась, главным образом, для местных бытовых условий, при отсутствии центрального отопления в доме. При этом электричество является единственным источником отопления. Ситуация такова, что у каждого из жильцов этого дома (в т.ч. – и у автора) в наличии имеется большое количество электрообогревателей (далее - ЭО), штепсели которых неизбежно скопом вставляются в розетки (все хотят тепла много и сразу, невзирая на бешеные тарифы). Как правило, ничего хорошего из этого не получается: горит проводка, выгорают контакты розеток, автоматы, счетчики. Как бы там ни было, вывод был сделан такой, что большее количество нагревательных приборов (с большей, соответственно, суммарной теплоизлучающей площадью) будут работать эффективнее одного ЭО, потребляя в сумме, в общем-то, мощность (в максимуме), равную мощности  одного ЭО. Я использую двухтэновые ЭО конвекторного и маслянного типа (1,25кВт+1,25кВт), поэтому в «осеннем» варианте достаточно одного включенного ТЭНа в каждом из ЭО, в «зимнем» режиме включаются оба ТЭНа. Понятно, что суммарное потребление в первом случае не превышает 1,25кВт для трех ОЭ, во втором – 2,5кВт при том, что тепла при таких «размазанных» по обогреваемой площади киловаттах, излучается больше.

Схема трехканального регулятора мощности

Схема трехканального РМ изображена на рис.1. Трехфазный генератор прямоугольных импульсов выполнен на элементах U2.1-U2.3 (инверторы микросхемы CD40106). Перестройка частота осуществляется подстроечным резистором PR1, который определяет величину базового тока транзисторов Q2-Q4 (вместе с Q1 являются генераторами тока), управляющих в свою очередь током заряда конденсаторов С1-С3. Такое построение схемы генератора позволяет получить относительно стабильную частоту генерации и большой диапазон перестройки генератора (что, в принципе, именно для РМ не важно). В данном случае частота генератора составляет 200Гц (подобрана экспериментально). Регулятор ширины импульсов (далее – РИШ) выполнен на элементах U2.4-U2.6 микросхемы CD40106, а регулировка импульсов осуществляется потенциометрами PR2-PR4. Ограничение регулировки ШИ задано с помощью постоянных резисторов R5R8-R6R9-R7R10 для каждого из каналов на уровне не более 1/3 от периода, создавая условие для невозможности пересечения импульсов во времени при их максимальной ширине на выходе РИШ. Выходы элементов нагружены непосредственно на светодиоды оптронов VO1-VO3, которые управляют тиристорами включенными встречно-параллельно.

Article1

Схема управления запитана напряжением +5В от стабилизатора U3, на вход которого подано напряжение +12В от внешнего AC-DC преобразователя. Стабилизатор U1 при этом не используется. Не предусмотрена на ПП РМ и размещение светодиодов HL1-HL3, которые вынесены за пределы корпуса РМ и монтируются на выносных силовых разъемах, предназначенных для непосредственного подключения ЭО вместо розеток. Тип разъемов SS-130A («мама»). Все силовые разъемные части на ЭО были заменены, соответственно, на «папы» этого же типа вместо привычных «евровилок», что исключило соблазн подключения непосредственно к стандартной евророзетке.

Печатная платаРис.3 вариант монтажа согласно принципиальной схемы, с регулировочными компонентами на плате

Схема РМ размещена на печатной плате (рис.2). Вариант монтажа платы показан на рис.3. Т.к. в конструкцию РМ была добавлена индикация мощности (далее ИМ) для каждого из каналов, на дополнительном перфорированном участке платы РМ дополнительно были смонтированы три инвертирующих элемента (CD4093) для согласования выхода РИШ с платами ИМ. Этот вариант монтажа показан на рис.4.  

Заполнение шкалы индикатора зависит непосредственно от ширины импульсов, и - максимально, соответственно, при максимуме ШИ на выходе РИШ и, наоборот, минимально (в свечении принимает участие один светодиод) при минимальной ШИ. ИМ собраны на трех отдельных печатных платах с применением микросхем LM3914N. Схема ИМ отображена на рис.5, печатная плата – на рис.6. Питание плат ИМ осуществляется напряжением +12В. Подстройка диапазона индикации производится резисторами PR1/PR2, расположенных на платах ИМ.


Рис.5 Принципиальная схема индикатора мощности

РМ помещен в пластмассовый корпус размером 220Х165Х40мм (общий вид размещения компонентов РМ показан на рис.7). Платы ИМ и потенциометры PR2-PR4 размещены на лицевой панели корпуса (рис.8). На тыльной панели (рис.9) размещен блок силовых разъемов типа SS-130A (позаимствованный от старого ИБП) для подключения ЭО непосредственно, либо через упомянутые выше выносные разъемы. Там же размещен выключатель, обесточивающий AC-DC преобразователь (+12В), обесточивающий таким образом схему управления РМ (соответственно, на ЭО питающее напряжение так же поступать не будет); входной силовой разъем, обеспечивающий подачу ~220В для питания РМ.

Группа тиристоров размещена на печатной плате и прижата к поверхности радиатора через изолирующие прокладки пружинными скобами. Для улучшения теплового контакта тиристоров с поверхностью радиатора использована термопаста.

Внешний вид готового устройства показан на рис.10.

РМ, смонтированный из комплекта исправных комплектующих, без проблем запускается при подаче питающего напряжения. Настройка РМ начинается с подстройки частоты генератора (PR1). Оптимальное значение частоты генератора при использовании в схеме оптронов с детектором зеро-перехода, - 200Гц. При этом светодиоды, установленные на выносных силовых разъемах, мигают с частотой около 4Гц. Эта индикация предназначена для визуального подтверждения работы каждого из каналов и необязательна. Так же будет мигать и штатная индикация ЭО (если имеется). «Глубина» мигания косвенно свидетельствует о подаваемой на ЭО процента мощности. Далее настраивается диапазон регулировки РИШ каждого из каналов. Возможно, что при этом придется подбирать номиналы  резисторов R5R8-R6R9-R7R10, ориентируясь на осциллограммы или показания измерителя длительности импульсов. Описанные выше регулировочные процедуры следует выполнять без подключения силовой части (для безопасности) с подключением лишь питающих напряжений, необходимых для питания схемы управления. Настройку РМ на этом можно считать законченной. При замене микросхем CD40106 на такие же, но от других производителей, после произведенных регулировочных процедур, процедуру регулировки, возможно, следует повторить, т.к. микросхемы от разных производителей могут иметь различные пороги срабатывания. Инверторы микросхемы CD40106 содержат входные триггеры Шмитта, но могут быть заменены микросхемами, инверторы которых не содержат ТШ (например, аналогичные по цоколевке 74AC04). В этом случае понадобится существенное изменение номиналов R5R8-R6R9-R7R10 при настройке.

При использовании оптронов без зеро-детектора, частоту генератора следует выбирать выше с учетом того, что слишком короткие импульсы управления могут привести к непредсказуемому поведению тиристоров. Поэтому минимальную границу диапазона регулировки РИШ не стоит настраивать менее, чем на 20% от мощности. Такая же рекомендация справедлива и для схемы с исходными типами компонентов.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
R1 Резистор
1.8 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2-R4 Резистор1003 Поиск в Utsource В блокнот
R5-R7 Резистор
22 кОм
3 Поиск в Utsource В блокнот
R8-R Резистор2k23 Поиск в Utsource В блокнот
PR1 Подстроечный резистор100k1 Поиск в Utsource В блокнот
PR2-PR4 Переменный резистор50k3 Поиск в Utsource В блокнот
R11-R13 Резистор3303 Поиск в Utsource В блокнот
R14-R22 Резистор2209 Поиск в Utsource В блокнот
D1-D3 Выпрямительный диод
1N4148
3 Поиск в Utsource В блокнот
VD1-VD6 Выпрямительный диод
1N4007
6 Поиск в Utsource В блокнот
VS1-VS6 ТиристорTIN12256 Поиск в Utsource В блокнот
VO1-VO3 оптронMOC30613 Поиск в Utsource В блокнот
C1-C3, C6-C8 Конденсатор15 нФ6 Поиск в Utsource В блокнот
C4 Электролитический конденсатор100uF1 Поиск в Utsource В блокнот
C5, C9 Электролитический конденсатор4.7uF2 Поиск в Utsource В блокнот
Q1-Q4 Биполярный транзистор
2N5401
1 Поиск в Utsource В блокнот
 
R1 Резистор
7.5 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор
2.2 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
PR1 Подстроечный резистор100k1 Поиск в Utsource В блокнот
PR2 Подстроечный резистор10k1 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Конденсатор0.68 мкФ1 Поиск в Utsource В блокнот
C2 Электролитический конденсатор47uF1 Поиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (40) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
+1
dkg10 #
А у транзистора Q1 база точно с коллектором должна соединяться? Резисторы R24 R25 и др на схеме присутствуют, а а в списке деталей их нет.
Индикаторные светодиоды HL1--HL3 принято шунтировать встречно параллельным импульсным диодом, для предотвращения пробоя импульсным обратным напряжением.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Да, база Q1 совершенно точно соединена с коллектором, создавая начальное напряжение смещения для транзисторов Q2-Q4. "Не предусмотрена на ПП РМ и размещение светодиодов HL1-HL3, которые вынесены за пределы корпуса РМ и монтируются на выносных силовых разъемах...", - цитата из статьи. Понятно, что резисторам R23-R25 так же нет необходимости размещать на плате при отсутствии светодиодов HL1-HL3. В случае наличия штатной индикации на коммутируемых приборах, выносная индикация может быть не востребована в принципе. Но, если для вас принципиально наличие индикации, прорисованной в схеме, то номиналы резисторов могут быть такими - 22-30к при мощности резисторов не менее 3Вт.(для долговременной работы).
Ответить
0
dkg10 #
" 22-30к при мощности резисторов не менее 3Вт.(для долговременной работы"
Ну, ну . Не надо перегибать. Ставят 22К 2Вт для гашения напряжения 200В 10мА, а здесь один полупериод, напряжение в 2 раза меньше, следовательно, мощность гасящего резистора уменьшается в 2 раза (при сохранение тех же 10мА)
" база Q1 совершенно точно соединена с коллектором, создавая начальное напряжение смещения для транзисторов Q2-Q4". А стоило тогда вообще рисовать транзистор Q1? Тогда уж - диод, а лучше - 2 Si диода последовательно
Отредактирован 25.12.2019 08:18
Ответить
-1

[Автор]
riswel #
1. С чего взято 10мА для светодиодов? Современные диоды достаточно ярки уже при токах меньших на порядок (0,5-1мА). 2. Из чего следует, что напряжение однополупериодное? 3. Из чего следует, что пара последовательно соединенных кремниевых диода заменят 2N5401 или похожий транзистор именно в таком включении? Можно было бы поставить диод, я бы и поставил диод (или 2, или 3). Соберите схему, воткните диод, протестируйте. Потом - транзистор. И поймете, - в чем разница.
Ответить
+2
dkg10 #
. Из чего следует, что пара последовательно соединенных кремниевых диода заменят 2N5401 или похожий транзистор именно в таком включении?

Видел в книге такое "Искусство схемотехники" среди "правильных" схем. А вот насчет ваших схем у меня большие сомнения, поскольку вы ранее были замечены в уходе от обсуждения реальной работы ваших публикуемых схем (см. Простые регуляторы мощности")
Ответить
-1

[Автор]
riswel #
Меня мало волнует твое ко мне отношение, равно, как и "правильные" схемы в твоем понимании. Обсуждать можно дело и по делу. Все прочие растопырки меня не волнуют. На правильный вопрос,.- адекватный ответ, на троллинг - игнор. Не нравится схема - не делай. Ты и сейчас вопросы задаешь не по делу, - схема эта тебе абсолютна не интересна. А трепаться с тобой по поводу работоспособности реально работающего устройства мне как-то не с руки.
Ответить
+1
dkg10 #
как и "правильные" схемы в твоем понимании
Да я же вам говорю , что не в моем понимании, а у известных авторов. Книга выдержала несколько изданий
Ответить
-1

[Автор]
riswel #
Звучит, как реклама книги. Не буду ее покупать.
Ответить
+1
bulyga #
Хоровиц П., Хилл У. "Искусство схемотехники" - это классика, обязательная к прочтению и уж точно не требующая рекламы. И как мне казалось эта книга известна всем, кто занимается электроникой. Она выдержала массу редакций и переизданий (в том числе и в СССР). Авторы до сих по её актуализируют и приводят в соответствие с современной элементной базой.
Ответить
0
dkg10 #
Интересно, а зачем в схеме конденсаторы С7, С6 и С8?
Ответить
0

[Автор]
riswel #
С резисторами 5-10 и переменными резисторами 2-4 образуют дифференцирующую RC-цепь.
Ответить
0
dkg10 #
Так я же вас и спрашиваю как эта цепь работает?
Осциллограммы есть? Может моделирование, скажем, в PSpice проводили?. Откуда знаете, что схема работает?
Ответить
-1

[Автор]
riswel #
Мне незачем заниматься онанизмом в пи-спайс. Я моделирую все и всегда только в железе с реальными измерениями. Что касается работы, то все очень просто: обеспечивает линейные нарастание и спад на входе элементов U2.4-U2.6. Чем больше амплитуда "треугольника" на входе элемента, тем шире импульс на его выходе.
Ответить
0
dkg10 #
Мне незачем заниматься онанизмом в пи-спайс
Осциллограмм, как я понимаю тоже нету у вас? Ну хорошо эти конденсаторы -15 нФ с резисторами в 50-60 КОм (PR2-PR4) формируют постоянную времени менее 1 мс. Ну и какое тогда там
обеспечивает линейные нарастание и спад на входе
?, когда события в течение полупериода должны происходить в пределах 10 мс.(?)
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Почему?
Ответить
0
dkg10 #
У вас оптопары могут включаться только в моменты перехода напряжение через 0 . Это происходит 1 раз за 10 мс. к этому моменту должен быть привязан сигнал включения MOC3061. Нуль органа у вас в схеме нет. Как это включение происходит? По случайному закону?
Ответить
0

[Автор]
riswel #
В данном случае, ввиду наличия лишь только этих (с зеро) оптронов, схемную привязку пришлось исключить. По случайному закону. Но - поочередно. Все остальное в данном случае не принципиально.
Ответить
0
dkg10 #
По случайному закону.
Тогда возможна неоднозначность (или нелинейность) в регулировочной характеристике.
По случайному закону. Но - поочередно.

А какой тогда смысл в этой поочередности?
У автомата защиты узел тепловой защиты все равно независимо работает по каждой фазе. При перегрузке или КЗ автомат одинаково срабатывает, что по одной из фаз , что одновременно по всем трем. Из текста непонятно.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Автомат здесь не причем. Мне совершенно ни к чему "причемность" автомата. Смысл задумки устройства озвучен в статье, текст которой не зашифрован и абсолютно прозрачен для прочтения. так что не стоит заводить себя в дебри несуществующих непоняток.
Ответить
0
dkg10 #
не причем.
Если статья "чисто теоретическая"? Если наплевать на то, что будет в ходе эксплуатации то да.
А по мне очень даже при чем. Видел промышленные регуляторы мощности (импорт) там обязательны были быстродействующие предохранители на каждую фазу , и это помимо защитного автомата.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Прибор в эксплуатации с октября. Какие фазы? Устройство однофазное. Каждый из обогревателей, включаемых в устройство имеет двойную защиту.
Ответить
0
dkg10 #
Прошу прощения . Увидел названия A, B, C - думал там три фазы..
Ответить
+1
Критик #
Изобретаем вечьный двигатель, иль энергию из "ефира" качаем?
Если запасалть энергию в техже радиаторах, то чтобы все окупилось, нужен как минимум льготный тариф.... Апросто електроникой - только лохов разводить, ибо ограничить нагрузку на проводку - достаточно нагреватели соединить последовательно.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Если уважаемого критика устроит последовательное соединение радиаторов, - флаг ему в руки. Но это далеко не одно и то же. О вечном двигателе в статье ни слова, как и о запасании в радиаторах какой-либо энергии.
Ответить
-1
Критик #
Как поговаривал А.Потапов, при преобразовании элетричества в уют, главное не дергаться, телодрыгаться плавно и вез рывков... а этому симисторы не нужны, особенно когда переключаются не в нолевой точьке.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Переключение в 0-точке обеспечивают оптроны. Если интересно, то и на МОСФЕТах версия есть. Несколько позже у критиков появится возможность обсудить и ее.
Ответить
0
_VN_ #
Существует ограничение генерируемых гармоник нагрузкой. В этом смысле область применения этой схемы и прибора ограничена.
Ответить
-1
dkg10 #
Существует ограничение генерируемых гармоник нагрузкой. В этом смысле область применения этой схемы и прибора ограничена.
Че сказал типа умное, значит вроде как родился?
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Там, где существуют ограничения, прибор не применяется.
Ответить
+1
serj #
Странная схема. Если идея была в делении одной сети на 3 нагрузки, чтобы полный ток не превышал ток 1 нагрузки, то схемная реализация вызывает недоумение. Вначале надо получить жесткую привязку к частоте (фазе) сети. После чего поделить - отматрицировать сигнал управления тиристорами на 3 поочередные стадии (полупериод/период/пачка периодов).
Здесь же, привязка и не замышлялась, частота генератора не кратна 50 Гц (*3=150 Гц). Ну а то, что ШИМ формируется трехфазным с гарантированным не пересечением, это легко "поправят" тиристоры - им на трехфазность "перепендикулярно" - пришел импульс, значит откроется на _весь_ полупериод.
Видмо, схема замышлялась на "транзисторы", где оно бы работало, а потом 'легко и непринужденно' перерисована на тиристоры, да еще и с MOC3061 с ее Zero-Cross.
Короче, к повторению не рекомендуется.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Все правильно. Схема задумывалась изначально на транзисторы. Есть и транзисторный вариант. Вроде бы и должно быть тиристорам перпендикулярно, но в данном случае тиристоры работают строго поочередно. С привязкой к фазе так же нет проблем, но решил обойтись без нее, сделать можно как угодно и в любое время. Оптронов без зеро не нашлось. "Повторять или не повторять", вопрос так не стоит. Никогда не призываю что-либо повторять. Не это главное.
Ответить
0
Shida #
Ох не хватит тепла, раз они по отдельности будут включаться. Тогда уж последовательно три тэна включить, убрать электронику и не париться..., поставить контактный термостат...
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Там выше уже писали об этом и я как бы ответил. Но могу повторить: включите три обогревателя последовательно, если считаете, что это одно и то же. Если что, считайте: три обогревателя работают вместо одного, т.е., заменяют один обогреватель без всяких чудес. Просто при тех же энергозатратах на одной и той же обогреваемой площади выделяют тепло три железяки вместо одной. Да, меньше, чем три прибора, напрямую включенные в розетку, но значительно больше, чем один.
Ответить
0
_abk_ #
Прочтите, что вы написали:
...при тех же энергозатратах ...выделяют тепло три железяки вместо одной. Да, меньше, чем три прибора, напрямую включенные в розетку, но значительно больше, чем один.

Вас ничего не смущает? Тогда поздравляю, - вы обуздали так называемую "свободную энергию"!
Следующий шаг - продажа лишней "дополнительной" энергии соседям.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
То что написано, надо еще суметь прочесть. Что-то всех читающих заносит на свободную энергию. Хотя речь идет просто о равномерном распределении тепла (без прочих претензий). Можно сравнить так же и с источниками света. Эффект практически тот же: три источника света (суммарная электрическая, а, значит, и световая мощность которых не превысит мощность одиночного источника освещения), расположенные равномерно на освещаемой площади, будут светить субъективно ярче, чем одиночный источник. Не желаете ли в этом убедиться на практике (что довольно просто)? То же самое и - с теплом. Все прочие домыслы - для новогодних застольных бесед. С наступающим Новым Годом, кстати, всех кто здесь отметился.
Ответить
+1
Критик #
Да хоть 100 обогревателеи в паралеь, от 1квт получиш то же самое количество калорий.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
Полученные калории можно использовать эффективно, что и предлагается в данном случае.
Ответить
+1
Критик #
Схема разделения мощности у вас неправильная, возможна ситуация, когда все три нагревателя включены в параллель, что будет противоположно желаемому. Такое легче делать на микроконтроллере, а добавив термодатчики, еще и равномерное распределение получится, а цена - немножко усложненный PID алгоритм.
Ответить
0

[Автор]
riswel #
В данном случае во времени ничего не пересекается. В чем заключается неправильность? И с чего бы на контроллере - легче? К равномерному распределению вовсе даже и не стремлюсь, напротив, - регулировка раздельная по каждому из каналов.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Радиореле 220В
Радиореле 220В
Arduino UNO Raspberry Pi 2
вверх