Особенности применения
В отличие от традиционного тиристорного, этот регулятор мощности практически не создаёт помех в силовой сети. Он может использоваться для управления и электронагревателями, и асинхронными двигателями.
Благодаря оригинальному схемному решению и использованию современной элементной базы, регулятор лёгок и компактен.
Толчком к появлению данной разработки послужила вполне конкретная задача. Для вентиляции производственного помещения был установлен мощный вентилятор на базе асинхронного двигателя, а для управления вентиляцией потребовалось установить на электродвигатель электронный регулятор мощности. Для этих целей был опробован классический тиристорный регулятор мощности с фазовым управлением.
Такой регулятор обеспечивал регулировку мощности, но из-за подачи на электродвигатель питающего напряжения в виде импульсов с крутыми фронтами последний создавал значительный акустический шум и грелся. Кроме того, система регулирования создавала сильные электрические помехи. Потребовалось найти другое решение.
В журналах «Радио» были найдены схемы регуляторов мощности, не создающих помех. В них регулировка мощности осуществлялась подачей в нагрузку целого числа периодов питающего напряжения с коммутацией в момент перехода питающего напряжения через ноль.
Однако эти устройства подавали в нагрузку постоянное импульсное напряжение и, кроме того, обеспечивали только дискретное управление. Поэтому было разработано новое устройство, использующее аналогичный принцип управления и обеспечивающее плавную бесступенчатую регулировку мощности в нагрузке.
Схема электрическая
Силовым регулирующим элементом в схеме является мощный МОП-транзистор VT1 IRF740. По сравнению с тиристорами такие транзисторы имеют меньшее прямое падение напряжения и, следовательно, меньше греются. Кроме того, им требуются гораздо меньшая мощность в цепи управления.
Дополнительно в схеме за счет переключения транзистора при нулевом напряжении на стоке устранен эффект динамической входной емкости, что еще более облегчило требования к цепи управления.
В результате оказалось возможным подключить затвор транзистора непосредственно к выходу КМОП-микросхемы.
Резистором R3 на неинвертирующем входе компаратора DA2.1 задается уровень требуемого выходного напряжения. На другой вход компаратора через интегрирующую цепь R6C1 подается управляющий сигнал с затвора полевого транзистора. Напряжение на выходе интегрирующей цепи прямо пропорционально времени открытого состояния транзистора и, следовательно, выходной мощности.
Сигнал рассогласования с выхода компаратора поступает на вход полевого транзистора через триггер-защелку DD1. На счетный вход этого триггера поступает стробирующий сигнал с оптрона DA1, который обеспечивает переключение триггера и изменение управляющего напряжения на затворе транзистора только в момент перехода сетевого напряжения через ноль.
Перезапись состояния триггера производится один раз за каждый полный период сетевого напряжения, что обеспечивает устранение помех при переключении и отсутствие постоянной составляющей на нагрузке. На рисунке ниже показаны диаграммы напряжений на нагрузке при выходной мощности 25%, 50% и 75% от максимальной.
Компоненты R2, VD3, VD4, С2 формируют питающее напряжение для микросхем. Светодиод VD2 является не только элементом индикации, он увеличивает напряжение питания компаратора примерно на 2 В относительно максимально возможного сигнала на его входе, что необходимо для нормальной работы компаратора.
Регулятор с указанными элементами может работать с нагрузкой мощностью до 650 Вт в сети с напряжением 230 В. При использовании более мощной нагрузки нужно транзистор VT1 установить на радиатор и использовать диоды VD5...VD8 на больший допустимый ток.
Регулятор собран на печатной плате (чертёж на рисунке ниже) размерами 58×92 мм и помещен в пластмассовый корпус. Благодаря малому размеру и весу регулятора, он может устанавливаться в разрыв сетевого шнура без дополнительного крепления.
