В статье описывается регулятор мощности переменного тока, практически не создающий помех. Устройство может использоваться и как регулятор мощности электронагревателей, и в качестве регулятора мощности асинхронных двигателей переменного тока. Благодаря использованию оригинальных схемных решений и современной элементной базы удалось создать конструктивно очень компактное и легкое устройство. Эти устройства можно приобрести в виде наборов МАСТЕР КИТ. Набор включает в себя печатную плату и все необходимые детали для сборки регулятора мощности и терморегулятора.Наборы получили следующие номера: "Регулятор мощности с малым уровнем помех” - NM1041 и "Терморегулятор с малым уровнем помех” - NM1042.Почему появилась эта разработка?Толчком к появлению данной разработки послужила вполне конкретная задача. Для вентиляции офиса был установлен мощный вентилятор на базе асинхронного двигателя и, 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 издавал значительный акустический шум и грелся. Кроме того, по этой же причине, система регулирования излучала большой уровень электрических помех. Потребовалось найти другое решение.
В журналах "Радио” были найдены схемы регуляторов мощности не создающих помех [1, 2]. В этих схемах регулировка мощности осуществлялась подачей в нагрузку целого числа периодов питающего напряжения с коммутацией их в момент перехода питающего напряжения через ноль. Однако эти устройства подавали в нагрузку постоянное импульсное напряжение и, кроме этого обеспечивали только дискретное управление. Поэтому было разработано новое устройство, использующее аналогичный принцип управления и обеспечивающее плавную бесступенчатую регулировку мощности в нагрузке.

Принципиальная схема разработанного устройства показана на рисунке 1, а перечень элементов дан в таблице 1. В качестве регулирующего элемента используется мощный полевой транзистор. По сравнению с тиристорами современные мощные полевые транзисторы обеспечивают меньшее прямое падение напряжения и, как следствие, меньшее тепловыделение. Кроме того, они требуют значительно меньшей мощности по цепи управления. Дополнительно в данной 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 запитать затвор полевого транзистора непосредственно от КМОП микросхемы.
Резистором R4 на неинвертирующем входе компаратора DA2 задается уровень требуемой мощности. На другой вход компаратора через интегрирующую цепь R9C2 (контакты Х4 и Х5 замкнуты) подается управляющий сигнал поступающий на затвор 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 полевого транзистора только в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Перезапись состояния триггера производится один раз за каждый полный период сетевого напряжения. Этим обеспечивается устранение помех при переключении и отсутствие постоянной составляющей на нагрузке. В первоначальном варианте схемы сигнал на счетный вход триггера подавался через резисторный делитель непосредственно с провода питания. Такая схема хорошо работала на активную нагрузку, но при работе на реактивную нагрузку, например такую как электродвигатель, давала сбои. Поэтому пришлось использовать оптронную развязку. Элементы R2, VD2, VD4, C1 обеспечивают питающее напряжение для микросхем. Светодиод VD3 является элементом индикации, одновременно обеспечивая увеличение напряжения питания компаратора примерно на 2 В, что необходимо для его нормальной работы по диапазону синфазных входных напряжений. При использовании схемы в качестве регулятора мощности между контактами Х4 и Х5 устанавливается перемычка, вместо резисторов R3 и R5 так же устанавливаются перемычки, а резистор R8 не устанавливается.
С указанными элементами регулятор, при входном напряжении 220 В, может регулировать мощность около 650 ватт. При необходимости работы с большими мощностями нужно транзистор установить на радиатор и использовать диоды VD5-VD8 на больший допустимый ток. На рисунке 2 показаны примерные диаграммы напряжений на нагрузке при выходной мощности 25%, 50% и 75% от максимальной.
Кроме задачи по регулированию мощности в нагрузке схему удобно использовать для работы в качестве беспомехового терморегулятора. В этом случае перемычка между контактами Х4 и Х5 не устанавливается. Между контактами Х3 и Х4 подключается терморезистор R11 с номинальным сопротивлением на рабочей температуре 10-100 кОм (например ММТ-1 или ММТ-4), резистор R8 устанавливается с номиналом, равным номиналу терморезистора, а резисторы R3 и R5 подбираются экспериментально, так что бы обеспечить необходимые границы регулировки температуры. Для примера, при номиналах R11=R8=22 кОм и R3=R5=15 кОм, обеспечивалась регулировка температуры в пределах от +5оС до +35оС.
Рисунок 1.Принципиальная схема регулятора мощности.

Конструкция.

Регулятор собран на печатной плате размером 45х67 мм и помещен в стандартный пластмассовый корпус типа G025 с размерами 72х50х21 мм. Благодаря малому размеру и весу регулятора он может устанавливаться в разрыв сетевого шнура без дополнительного крепления. Фотография собранного устройства показана на рисунке 3, а печатная плата и расположение элементов на рис 4 и 5. Возможные замены элементов указаны в таблице 1.

Рисунок 2. Диаграммы напряжений на нагрузке, при различных положениях регулятора.

Рисунок 3. Внешний вид регулятора мощности.

Правильно собранный из исправных деталей регулятор мощности настройки не требует. В терморегуляторе может потребоваться подбор резисторов R3 и R5. От этих резисторов зависит верхняя (R5) и нижняя (R3) границы регулировки температуры. Так как эти значения взаимозависимы, то при экспериментальном подборе величин резисторов операцию нужно повторить несколько раз. При использовании регулятора на больших мощностях рекомендуется установить транзистор VT1 на небольшой радиатор.

Заключение.

Подразделение Мастер Кит подготовило два набора, которые включают в себя печатные платы и все необходимые детали для сборки регулятора мощности и терморегулятора. Наборы получили следующие номера: "Регулятор мощности с малым уровнем помех” - NM1041 и "Терморегулятор с малым уровнем помех” - NM1042.

Рисунок 4. Печатная плата регулятора.

Рисунок 5. Расположение элементов на печатной плате.

Предупреждения.

Внимание! Так как в устройстве присутствуют высокие напряжения, опасные для жизни, при монтаже и настройке необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Так как в терморегуляторе терморезистор не имеет гальванической развязки от сети, во избежание поражения электрическим током, необходимо обеспечить его надежную изоляцию!