Регулятор напряжения

Сегодня хочу рассказать об устройстве, которому я думаю можно найти применение в быту. Оно позволяет плавно регулировать сетевое переменное напряжение в диапазоне приблизительно от 100 до 220 вольт.  

Этот электронный блок был демонтирован из неисправного бытового пылесоса, у которого сгорел электродвигатель, а плата управляющая мощностью всасывания осталась работоспособной.

Никаких дополнительных изменений и переделок не требуется.

Устройство состоит из платы, на которой размещены радиатор с тиристором BTA12-600B, резистор и два конденсатора, а переменный резистор и включатель припаяны к схеме с помощью штатных проводов.

Для сборки достаточно подобрать корпус, подходящего размера и разместить в нем все детали будущего регулятора. Закрепить снаружи или внутри корпуса розетку, соединив предварительно контакты с проводами которые ранее соединялись с двигателем. Сетевой шнур с вилкой необходимо припаять к двум  оставшимся проводам, см. на фото.

Теперь можно подключить к блоку, какую-нибудь нагрузку, например лампу накаливания и с помощью переменного резистора изменить величину поступающей на нее энергии, таким образом можно управлять свечением и создавать приглушенный свет.

Во время испытания в качестве нагрузки я использовал настольную лампу на 75 Вт., для наглядности изменения напряжения параллельно лампе подключил мультиметр DT-83C см. видеоролик.

Способы, как и где разместить эту плату зависят от ваших целей и вариантов применения. Например, регулятор напряжения можно встроить в подставку торшера или управлять электродвигателем вентилятора, а также использовать как приставку к электропаяльнику и т.п. Мощность сгоревшего двигателя составляла 1400 Вт., но с такой нагрузкой я не экспериментировал. 

Купить недорогое устройство для плавной регулировки скорости, напряжения, мощности.

Подборка схем подобных устройств.

С амплитуднофазовым управлением.

В регуляторе, схема которого показана на рис. 1. использованы два тиристора, открывающиеся один в положительный, а другой в отрицательный полупериоды сетевого напряжения. Действующее напряжение на нагрузке Rн регулируют переменным резистором R3. Регулятор работает следующим образом. В начале положительного полупериода (плюс на верхнем по схеме проводе) тиристоры закрыты. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Увеличение напряжения на конденсаторе отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R2 и R3 и емкости конденсатора С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение па нем не достигнет порога открывания тиристора Д1. Когда тиристор откроется, через нагрузку Rн потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого тиристора и Rн.  Тиристор Д1 остается открытым до конца полупериода. Подбором резистора R1 устанавливают желаемые пределы регулирования. При указанных на схеме номиналах резисторов и конденсаторов напряжение на нагрузке можно изменять в пределах 40-220 В. В течение отрицательного полупериода аналогично работает тиристор Д4. Однако, конденсатор С2, частично заряженный в течение положительного полупериода (через резисторы R4 и R5 и диод Д6), должен перезаряжаться, а значит и время задержки включения тиристора должно быть большим. Чем дольше был закрыт тиристор Д1 в течение положительного полупериода, тем большее напряжение будет на конденсаторе  С2 к  началу отрицательного и тем  дольше будет закрыт тиристор Д4. Синфазность работы тиристоров  зависит от правильного подбора номиналов  элементов R4, R5, С2. Мощность нагрузки может быть любой в пределах от 50 до 1000 Вт.  Автор И. Чушанок.

Можно использовать транзистор, работающий в лавинном режиме. Схема одного из таких регуляторов показана на рис. 3. Используемый транзистор типа ГТЗ11 имеет напряжение лавинного пробоя около 30В. (при сопротивлении резистора R3 равном  1кОм).   В  случае применения других транзисторов номиналы элементов R4, R5, C1 потребуется изменить. В регуляторе (рис. 3) могут быть использованы и другие транзисторы, в том числе и структуры p-n-p, например П416. В этом случае нужно у транзистора Т1 (см. рис. 3) поменять местами выводы эмиттера и коллектора. Резистор R3 во всех случаях должен быть включен между базой и эмиттером. Напряжение на нагрузке регулируют переменным резистором R4. 
Автор Е. Фурманский

С аналогом однопереходного транзистора.
В регуляторе, схема которого показана на рис. 4, применен фазоимпульсный метод управления тиристором.  В управляющем устройстве регулятора использован транзисторный аналог однопереходного транзистора (двухбазового диода). 
При разомкнутых контактах выключателя В2 действующее значение напряжения на нагрузке можно изменять в пределах от нескольких вольт до 110 В. а при замкнутых от 110 до 220 В. По принципу работы управляющее устройство описываемого регулятора не отличается от устройств на лавинном транзисторе (рис. 3). Мощность, подводимую к нагрузке, регулируют переменным резистором R5. Тиристор Д3 и диод Д1 установлены на общем радиаторе площадью 50-80 см2. Резистор R1 составлен из двух резисторов мощностью 2 Вт. Автор В. Попович.

С улучшенной регулировочной характеристикой. В тиристорных регуляторах с фазоимпульсным управлением напряжение на конденсаторе RC-цепи во время его заряда увеличивается по экспоненциальному закону. При синусоидальной форме сетевого напряжения регулировочная характеристика, выражающая зависимость напряжения на нагрузке от сопротивления переменного резистора, оказывается резко нелинейной, что затрудняет плавную регулировку напряжения на нагрузке. Тиристорный регулятор, схема которого показана на рис. 5, в значительной степени свободен от этого недостатка. В регуляторе использован однопереходный транзистор. Улучшение линейности регулировочной характеристики достигается тем, что конденсатор С1 заряжается от напряжения сети (через резистор R4) и одновременно от источника постоянного стабилизированного напряжения (через делитель R5R6 и диод Д6). Изменяя резистором R6 уровень постоянного напряжения, можно управлять моментом открывания тиристора и, следовательно, напряжением на нагрузке. Диод Д6 исключает возможность разряда конденсатора через резистор R6. Сопротивление резистора R4 выбирают таким, чтобы при замкнутом накоротко резисторе R6 напряжение на нагрузке было минимальным. Тогда при крайнем нижнем (по схеме) положении движка резистора R6 напряжение на нагрузке будет максимальным.

Со стабилизацией выходного напряжения. Особенностью описываемого регулятора является способность стабилизировать напряжение на нагрузке при изменении напряжения питающей сети. Управляющее устройство построено на однопереходном транзисторе по схеме фазоимпульсного регулирования  см. рис. 6. В начале полупериода сетевого напряжения транзистор Т1 закрыт и конденсатор С1 заряжается через резисторы R6 и R7. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания однопереходного транзистора, он открывается и конденсатор разряжается через эмиттерный переход транзистора и управляющий переход тиристора Д5. Тиристор открывается и через нагрузку начинает протекать рабочий ток. Питание управляющего устройства от стабилизатора напряжения (Д6, Д7), обеспечивая стабильность момента открывания тиристора при изменении напряжения сети, не может стабилизировать напряжения на нагрузке. Поэтому в устройство введены два дополнительных резистора R2 и R5. Резистор R5 образует с резистором R4 делитель, определяющим межбазовое напряжение однопереходного транзистора, а резистор R2 обеспечивает зависимость этого напряжения от напряжения сети. Например, при увеличении сетевого напряжения увеличивается межбазовое напряжение транзистора, а следовательно, и пороговое напряжение его открывания. Это приводит к увеличению задержки открывания тиристора и, следовательно, к уменьшению напряжения на нагрузке, то есть к его стабилизации. Поскольку разброс параметров транзисторов KT1I7A значителен, резистор R2 необходимо подбирать по наилучшей стабилизации выходного напряжения. При номиналах элементов, указанных на схеме, напряжение на нагрузке в пределах от 50 до 80В.  изменялось не более, чем на 1 % при изменении напряжения сети  на  ±10%. Авторы В. Крылов, В. Лапшин.
См. также характеристики диодов и тиристоров здесь.

Во время монтажа и эксплуатации соблюдайте осторожность, не забывайте про высокое напряжение.