Регулятор мощности пылесоса на симисторе

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

Рисунок 2. Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

Обозначения:

• Резисторы: R1- 470 кОм , R2 – 10 кОм,
• Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
• Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
• Динистор DN1 – DB3.
• Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
2. Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

Регулятор мощности с обратной связью

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 — 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 — 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
• Конденсаторы: С1 — 22 мкФ х 50 В; С2 — 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 — 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
• Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
• Симистор Т1 – BTA24-800.
• Микросхема – U2010B.

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

• А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
• В — При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
• С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Таблица для подбора номиналов сопротивлений в зависимости от мощности двигателя

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Самодельный регулятор мощности

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

При вторичном использовании (имеется ввиду использование не по прямому назначению, не в пылесосе) схема регулятора мощности не может оставаться прежней. Изменяются условия эксплуатации. Они уже будут разительно отличаться от тех, которые брались в расчёт при создании этого регулятора. Например, электронные компоненты схемы регулятора уже не будут иметь такого шикарного воздушного охлаждения, которое невольно создаётся в работающем пылесосе.

Извлечённую из пылесоса плату регулятора оттестировал на подключённой к нему лампочке 220 В / 95 Вт. Для этого первоначально необходимо плату закрепить хоть на каком-нибудь основании – диэлектрике и на потенциометр (переменное сопротивление непосредственно производящее изменение величины мощности) одеть ручку из материала не проводящего электрический ток, потому как на плате регулятора может возникнуть «кругом 220 В». Осторожно перемещая ручку ползункового резистора выяснил, что свечение лампочки на полную мощность достигается, а вот прекращение свечения нет. Резистор, даже будучи «вывернут» до отказа не убирает мощность на «0».

Схема регулятора

То есть данная схема позволяет регулировать мощность подключаемого электрического оборудования от 50 до 100%. А нужно от «0» до 100%. Значит необходимо внести в схему изменения, которые позволят ликвидировать существующий недостаток, как и другие побочные явления могущие возникнуть в связи с изменениями условий использования регулятора. Одним словом нужно графическое изображение схемы. Хотя бы и вот в таком виде.

На изображении печатной платы хорошо видно, что параллельно переменному резистору имеется ещё постоянный резистор сопротивлением 360 кОм, который можно удалить для достижения необходимого диапазона регулировки мощности. Что и сделал. Так же на фото очень наглядны совсем небольшие размеры радиатора охлаждения стоящего здесь симистора Т1212МJ – однозначно обязательно менять на значительно большие, раза эдак так в 3 – 4.

Удаление резистора эффект дало, но немного не такой какой был нужен, теперь «0» мощности достигался на полпути движения ползункового резистора. Хотелось более плавной регулировки мощности.

Что и было достигнуто дальнейшей заменой переменного резистора с существующего номинала сопротивления на резистор сопротивлением 200 кОм мощностью 2 Вт. Так же как и предполагалось, был заменён радиатор охлаждения симистора. В процессе пробных включений было обнаружено, что сильно греется постоянный резистор 10 кОм мощностью 5 Вт, выполняющий в схеме функцию ограничителя напряжения – заменил на более мощный (10 Вт).

Доработанная схема

Печатная плата в итоге приняла вот такой рисунок. Внесённые изменения в схему регулятора мощности в данном конкретном случае позволили применить её для регулирования мощности нагревательной спирали термовоздушного паяльного фена приобретённого на AliExpress. Замер сопротивления нагревательной спирали дал 70 Ом, применив формулу нахождения мощности по известным сопротивлению и напряжению:

Р = U x U / R, получил 230 х 230 / 70 = 755,7 Вт

Да, в моей розетке постоянно присутствует именно напряжение в 230 вольт. Вот такой не слабый регулятор мощности на все случаи жизни можно получить от пришедшего в негодность домашнего пылесоса. Автор Babay iz Barnaula

Обсудить статью РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ОТ ПЫЛЕСОСА

Ремонт этого регулятора, не смотря на кажущуюся простоту схемотехники, невозможен – найти микросхему управления симистором практически невозможно. Силовая часть регулятора мощности SL-1800 выполнена на микросхеме регуляторе 501B-8P и симисторе BTA16-600B. Тут только два варианта событий:
– купить плату регулятора в сборе, стоит она в районе 2000-2500 руб., что иногда составляет половину стоимости нового пылесоса.
— собрать простейший регулятор мощности взамен оригинального регулятора. Такое творчество обойдется только запчастями в 200-250 руб.

Простейший регулятор мощности (коллекторный двигатель, лампа, нагреватель)

Важно. Перед заменой по любому из вариантов, убедиться, что щетки коллекторного двигателя изношены не более 50%, в противном случае есть шанс повторного ремонта

Тут следует добавить, стоимость работ по замене/диагностике составит еще 600 руб. , что может свести целесообразность ремонта к бесполезной трате времени. Однако если ремонт делается «для себя» и владение паяльником не вызывает благоговейный ужас, то можно взяться за восстановление работоспособности. Но все это теория, на практике все оказывается несколько проще, вот уже второй пылесос попадает в руки с одной неисправностью, возможно — это типовая неисправность

Неисправность со слов заказчика.

Согласно шильдика «пациента», мощность пылесоса не превышает 1800 Вт.

Пылесос Zanussi ZANS710 не включается или включается, но во время работы самопроизвольно выключается.

Первичная диагностика. Проверяем щетки коллекторного двигателя — щетки в идеальном состоянии, неисправна плата регулятора мощности.

Пылесос Zanussi ZANS710 в разобранном состоянии.

Ремонт. Так как подобная неисправность уже встречалась на другом пылесосе, то первым делом проверяем электролитический конденсатор Е1(220мкФ*16В), который имеет тенденцию обламываться от вибрации под собственным весом. Этот случай не стал исключением, несмотря на полную исправность конденсатора Е1(220мкФ*16В), его все таки заменяем, работоспособность пылесоса восстановлена.