Регулятор мощности
Предлагается вариант регулятора мощности с фазовым управлением, предназначенного для подключения большой электрической нагрузки к сравнительно "слабой" электросети. При числоимпульсном регулировании эта нагрузка периодически на довольно длительное время подключается к электросети напрямую.
Это вызывает периодическую "просадку" напряжения под нагрузкой, хорошо заметную по миганию осветительных ламп, подключённых к той же сети. И не факт, что при этом не сработает защита или не перегреются провода. При использованном в предлагаемом регуляторе импульснофазовом методе изменяется мощность, потребляемая нагрузкой за каждый полупериод сетевого напряжения, и низкочастотных колебаний напряжения, вызванных работой регулятора, не возникает.
Схема регулятора мощности изображена на рисунке. Для питания его узла управления применён трансформатор Т1 с габаритной мощностью не менее 5 ВА, понижающий сетевое напряжение с 220 В до 14 В. Диодный мост VD1 выпрямляет это напряжение, а с выхода интегрального стабилизатора DA1 постоянное напряжение 12 В поступает в цепь питания блока управления.
Синхроимпульсы, совпадающие с началом каждого полупериода сетевого напряжения, формируют оптроны U1, U2. Их излучающие диоды включены встречно-параллельно, на них поступает переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1, ограниченное двуханодным стабилитроном VD2. В результате в каждом полупериоде открыт фототранзистор одного из оптронов, а вблизи моментов перехода переменного напряжения через ноль оба они закрыты, поэтому на входы элемента DD1.1 поступают импульсы высокого логического уровня.
Триггер Шмитта на элементах DD1.1 и DD1.2 увеличивает крутизну перепадов этих импульсов, и они, пройдя через инвертор DD1.3, запускают одновибратор DD2.1, генерирующий импульсы задержки. Их длительность регулируют от почти нулевой до почти равной длительности полупериода сетевого напряжения (10 мс) переменным резистором R6.
В момент окончания импульса задержки запускается одновибратор DD2.2, генерирующий импульс длительностью около 40 мкс. Этот импульс, усиленный составным транзистором VT1, обладающим большим коэффициентом передачи тока базы, поступает в цепь управления оптосимистора U3 и открывает его. Чем меньше задержка открывающего импульса относительно синхронизирующего, тем большую часть полупериода открыт оптосимистор и больше эффективное значение напряжения, поступающего на нагрузку.
Номиналы времязадающих элементов одновибраторов определены по диаграммам, приведённым для микросхемы К561АГ1 (отечественного аналога применённой CD4098BE) в справочнике В. Л. Шило "Популярные микросхемы КМОП" (М.: Ягуар, 1993) на с. 63.
При налаживании регулятора мощности в него первоначально были установлены резисторы R7 510 Ом и R9 100 кОм, а в разрыв соединения вывода "+" оптосимистора с цепью +12 В был включён резистор сопротивлением около 10 Ом для контроля формы тока с помощью осциллографа. К регулятору была подключена нагрузка (лампа накаливания), а движок переменного резистора R6 установлен в положение, близкое к минимальному сопротивлению.
Подборкой резистора R7 амплитуда импульса тока через излучающий диод была установлена такой, чтобы оптосимистор устойчиво открывался при любой полярности приложенного к нему напряжения. Открывание оптосимистора контролировалось по яркости свечения лампы. В случае пропуска полупериодов какой-либо полярности она заметно уменьшается. При каждом изменении номинала резистора R7 резистор R9 подбирался так, чтобы амплитуда импульса достигла максимума, но уменьшение сопротивления резистора R9 не увеличивало её.
Мощность, выделяемую на нагрузке, регулируют переменным резистором R6, причём максимальному сопротивлению этого резистора должна соответствовать минимальная (близкая к нулевой) мощность. Если вблизи соответствующего такой мощности правого крайнего (по схеме) положения движка этого резистора лампа-нагрузка регулятора ярко вспыхивает, нужно уменьшать ёмкость конденсатора С4 до устранения этого явления. Можно уменьшить и номинал переменного резистора, но тогда ёмкость конденсатора, возможно, придётся увеличить.
Максимальная мощность нагрузки, которую можно подключать к описанному регулятору, зависит от параметров применённого в нём оптосимистора и условий его охлаждения. Мощный оптосимистор можно заменить обычным, например, ВТА41-600, включив его по схеме, изображённой на рисунке. Для управления этим симистором использован маломощный оптосимистор МОС3021. Номинал резистора R7 увеличен до 2,4 кОм.
Трансформатор Т1 может быть применён и с меньшим напряжением вторичной обмотки. Если, например, оно равно 7 В, то интегральный стабилизатор 7812 (DA1) следует заменить на 7805. При этом напряжение питания блока управления уменьшится до 5 В, но работоспособность его сохранится, если правильно подобрать резисторы R7 и R9 по приведённой выше методике. Кроме того, придётся, возможно, подобрать резистор R1, чтобы получить устойчивые синхроимпульсы на выходе элемента DD1.3.
Журнал "Радио", 2014, №12