Анализ принципов регулирования мощности в сетях переменного тока. Построение принципиальной схемы регулятора мощности. Вольт-амперная характеристика симметричного динистора. Выбор резистора, конденсатора, реле-регулятора. Защита от короткого замыкания.
При фазовом способе регулирования используется зависимость между моментом (фазой) открытия регулирующего элемента относительно начала полупериода питающего напряжения и потребляемой устройством мощностью. Для регулирования мощности используется ключевой элемент, в качестве которого наиболее удобно использовать симистор. Изменяя задержку (фазу) времени открытия симистора относительно начала полуволны сетевого питающего напряжения можно регулировать потребляемую нагрузкой мощность практически от 0~до 100%. Это достигается с помощью выходных параметров - напряжения, тока или мощности - в меньшей степени это зависит от внешних условий. В трехфазных сетях возможно выравнивание выходного напряжения, тока и мощности по каждой фазе; осуществляется экономия электроэнергии - регулятор мощности равномерно распределяет ток по всем фазам.Научились правильно подбирать элементы для схем и функциональную зависимость элементов в схеме.
Введение
В каждом доме имеются бытовые электроприборы с питанием от электрической сети переменного тока. Расширить возможности и удобство использования многих из этих устройств можно за счет регулирования потребляемой ими мощности.
Одним из наиболее распространенных принципов регулировании мощности в сетях переменного тока является фазовый. При фазовом способе регулирования используется зависимость между моментом (фазой) открытия регулирующего элемента относительно начала полупериода питающего напряжения и потребляемой устройством мощностью.
Для регулирования мощности используется ключевой элемент, в качестве которого наиболее удобно использовать симистор. Изменяя задержку (фазу) времени открытия симистора относительно начала полуволны сетевого питающего напряжения можно регулировать потребляемую нагрузкой мощность практически от 0~до 100%. Зависимость напряжения на нагрузке от фазы открытия симистора показана рис. 1.
Рис.1.
Современным классом регулятора является тиристорный регулятор мощности, имеющий функцию стабилизации.
В сравнении с обычными регуляторами он имеет ряд дополнительных преимуществ: улучшается повторяемость технологических процессов, при этом повышается их качество. Это достигается с помощью выходных параметров - напряжения, тока или мощности - в меньшей степени это зависит от внешних условий. В трехфазных сетях возможно выравнивание выходного напряжения, тока и мощности по каждой фазе; осуществляется экономия электроэнергии - регулятор мощности равномерно распределяет ток по всем фазам.
1. Функциональная схема
Сеть : питание схемы 220В ± 10%, 50 Гц.
Нагрузка: в качестве нагрузки можно подключать разные активные и индуктивные нагрузки
Силовой элемент.
Блок управления.
2. Разработка схемы и выбор элементов
Выбор вычислительной части
Одним из главных элементов схемы регулятора мощности является симистор. Для этой схемы мы выбираем симистор (Т1) КУ208В , хотя возможно подключить и импортные симисторы (триаки) ВТА, ВТВ, ВТ. Тиристоры кремниевые планарно-диффузионные n-p-n-p-n триодные незапираемые (КУ208В) предназначены для работы в качестве симметричных ключей средней мощности для устройств автоматического регулирования и коммутации цепей силовой автоматики на переменном токе. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с жесткими выводами. Масса тиристора не более 18 грамм.
Электрические параметры.
Напряжение в открытом состоянии при Іоткр=5 А (при 24,85 и -60,15°С, не более) 2 В
Постоянный отпирающий ток управляющего электрода при Uпр, зкр=10 В, не более при 24,85°С
КУ208В 160 МА при -60,15° 250 МА
Постоянное отпирающее напряжение управляющего электрода, не более при 24,85°С для КУ208В 5 В при -60,15°С 7 В
Ток в закрытом состоянии при максимальном напряжении и температуре -60,15 и 109,85°С84,85°С КУ208В не более 5 МА
Время включения при максимальном напряжении, Іоткр=5 А, не более 10 мкс
Время выключения при максимальном напряжении, Іоткр=5 А, не более 150 мкс
Минимальный ток в открытом состоянии при Uпр, зкр=10 В, не более 150 МА
Предельные эксплуатационные данные.
Постоянное прямое напряжение в закрытом состоянии (постоянное обратное напряжение)
КУ208В 300 В
Импульсное прямое напряжение на управляющем электроде при ?и?50 мкс, температуре корпуса от -60,15 до 109,85°С (84,85°С КУ208В) 10 В
Скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии при температуре корпуса от -60,15 до 109,85°С (до 84,85°С для КУ208В)
КУ208В 10 В/мкс
Постоянный ток в открытом состоянии при температуре от -60,15 до 69,85°С 5 А Импульсный ток в открытом состоянии при температуре от -60,15 до 69,85°С
КУ208В 10 А Импульсный перегрузочный ток в открытом состоянии в течение одного полупериода при температуре от -60,15 до 69,85°С 30 А Импульсный прямой ток управляющего электрода при температуре от -60,15 до 109,85°С ( до 84,85°С для КУ208В) 500 МА
Импульсный прямой ток управляющего электрода при ?и?50 мкс, температуре от -60,15 до 109,85°С( до 84,85°С для КУ208В) 1 А Средняя рассеиваемая мощность при температуре корпуса от -60,15 до 69,85°С 10 Вт
Импульсная мощность управляющего электрода при ?и?50 мкс, ?y?400 Гц при температуре корпуса от -60,15 до 69,85°С 5 Вт
Предельная частота 400 Гц
Температура корпуса
КУ208В От -60,15 до 84,85°С
Схемное изображение симистора.
Зависимость максимального тока в открытом состоянии от температуры корпуса и зависимость отпирающего тока управляющего электрода от температуры
Выбор динистора
Элемент схемы динистор -это и есть вышеупомянутый симметричный динистор (диак) импортного производства DB 3 (можно DB 4). По размеру он очень мал, что делает монтаж его очень удобным, я например, в некоторых случаях припаивал его непосредственно к управляющему выводу симистора. На схеме он обозначен буквой «Т».
Возможное обозначение симметричного динистора на схеме.
Технические параметры
Напряжение в открытом состоянии(Іоткр 0.2А), В 5
Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии, А 0.3
Импульсный ток в открытом состоянии(ти<10мс), А 2
Максимальное напряжение в закрытом состоянии, В 32
Постоянный ток в закрытом состоянии, МКА 10
Максимальное импульсное неотпирающее напряжение(тимп<2мкс), В 5
На рисунке ниже вольт-амперная характеристика (англ. Current-voltage characteristics) импортного динистора DB3. Отметим, что данный динистор является симметричным и его можно впаивать в схему без соблюдения цоколевки. Работать он будет в любом случае, вот только напряжение включения (пробоя) может чуть отличаться (до 3 вольт).
На ВАХ динистора DB3 наглядно видно, что он симметричный. Обе ветви характеристики, верхняя и нижняя, одинаковы. Это свидетельствует о том, что работа динистора DB3 не зависит от полярности приложенного напряжения.
Выбор конденсатора
Напряжение открывания динистора составляет 32В. Для того, чтобы достичь такого значения напряжения используем конденсатор К10-17А Н50 0.1 МКФ, конденсатор керамический выводной.
Описание. Конденсаторы К10-17 предназначены для работы в цепях постоянного, переменного токов и в импульсных режимах. К10-17А - правильной формы, изолированные керамические конденсаторы во всеклиматическом исполнении.
Технические параметры
Тип К10-17А Рабочее напряжение, В 50
Номинальная емкость 0.1
Единица измерения МКФ
Допуск номинала, % 50…-20
Рабочая температура, С -60…125
Выводы/корпус радиал. пров.
Длина корпуса L, мм 6.8
Ширина корпуса W, мм 5.6
Выбор резистора
Резистор 510.Ом - ограничивает максимальное напряжение на конденсатор 0,1 MKF, то есть если движок переменного резистора поставить в положение 0.Ом, то сопротивление цепи все равно будет 510.Ом.
RC-цепь. На схеме резистор на 20 KOM и конденсатор 0.22MKF именуемая RC цепью. RC цепочка, это своеобразная защита симистора от выбросов напряжения при работе на индуктивную нагрузку. То есть если Ваша схема будет регулировать активную нагрузку (лампочка, паяльник, ТЭН и т.д.), то R3 и C можно исключить из схемы.
Резистор переменный
СП3-4АМ, 0.25 Вт, 470 КОМ, 3-20, 30%. Описание. Резисторы регулировочные однооборотные с круговым перемещением подвижной системы предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсного тока. В зависимости от конструкции и способа монтажа резисторы изготовляют: СП3-4АМ, СП3-4ВМ - одинарные, для навесного монтажа; СП3-4БМ, СП3-4ГМ - одинарные, для печатного монтажа; СП3-4ДМ - сдвоенные, для навесного монтажа. Промежуточные значения номинальных сопротивлений соответствуют ряду E6 с допусками ±20% (до 220x103 Ом); ±30% (свыше 220x103 Ом)
Технические параметры
Тип перем.
Модель СП3-4АМ
Тип проводник ауглерод
Номин.сопротивление 470
Единица измерения КОМ
Точность, % 30
Функциональная характеристика A Номин.мощность, Вт 0.25
Макс.рабочее напряжение, В 150
Рабочая температура, С -45…65
Количество оборотов менее 1
Угол поворота движка 270
Способ монтажа навесной мощность ток регулятор резистор
Защита от короткого замыкания
Чтобы защитить схему от короткого замыкания расчетным способом выберем плавкий предохранитель.
P=I*U; I=P/U; I= 4000/220 ? 18A;
возьмем с запасом предохранитель на 20А.
3. Построение принципиальной схемы
Печатная плата.
Плата сделана под КУ208.
Вывод
В данной работе мы разработали регулятор мощности по заданным параметрам. Научились правильно подбирать элементы для схем и функциональную зависимость элементов в схеме.
Данная схема нам дает возможность поддерживать заданную мощность, позволяют создать комфортные условия для потребителей.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
