Схема фазового регулятора мощности для нагрузки 220В (КУ221Г)
Принципиальная схема фазового регулятора мощности для нагрузки с питанием от 220В, который выполнен с применением тиристоров КУ221. В цветных телевизорах УПИМЦТ отечественного производства, отрицательно знаменитых качеством узлов строчной развёртки, в модуле БР-13 применялись высоковольтные тринисторы серии КУ221 - по три тринистора в каждом телевизоре.
В настоящее время сохранившиеся экземпляры таких телевизоров интересуют разве что немногих коллекционеров, поэтому, дожившие до наших дней такие телевизоры можно невозбранно разбирать на запчасти.
Принципиальная схема
Принципиальная схема фазового регулятора мощности, предназначенного для управления лампой накаливания в настольном светильнике, показана на рис. 1. В силовом ключе устройства использованы две штуки тринисторов серии КУ221, включенных встречно-параллельно.
Тринисторы этой серии отличаются значительно более высокой надёжностью, чем популярные в прошлом веке отечественные тринисторы серий КУ201, КУ202 и симисторы серии КУ208 [1].
Рис. 1. Принципиальная схема фазового регулятора мощности на тиристорах КУ221.
Также, тринисторы серии КУ221 устойчивы к значительным кратковременным перегрузкам, например, легко переживают событие перегорания лампы накаливания, во время которого внутри колбы образуется дуговой разряд, в то время, когда большинство импортных мощных симисторов в корпусе ТО-220, при этих обстоятельствах получают пробой кристалла.
Напряжение сети переменного тока 230 В поступает на силовой ключ через замкнутые контакты выключателя питания SA1, плавкий предохранитель FU1 и двухобмоточный дроссель L1. Фильтр C1L1C2 уменьшает уровень помех, как поступающих от работающего фазового регулятора в сеть питания, так и в обратную сторону. На тринисторы серии КУ221 допускается подача обратного напряжения не более 50 В, поэтому они включены через диоды VD5, VD6, которые защищают тринисторы от обратного напряжения.
К управляющим выводам мощных тринисторов через токоограничительный резистор R1 подключен мостовой диодный выпрямитель VD1 - VD4. Выпрямленное сетевое напряжение через резистор R6 поступает на узел управления, выполненный на аналоге однопереходного транзистора VТ3, VТ4.
Когда напряжение на выводе базы VТ4 станет больше -0,6 В относительно вывода эмиттера этого транзистора, VТ3, VТ4 лавинообразно откроются, конденсатор С3 быстро разрядится через открытые переходы этих транзисторов, токоограничительный резистор R5 и эмиттерный переход транзистора VТ1. Высоковольтные транзисторы VТ1, VТ2 включены как аналог чувствительного маломощного тринистора, в момент разряда СЗ лавинообразно открываются, ток через управляющие электроды мощных тринисторов VS1, VS2 увеличивается.
В зависимости от направления полуволны сетевого напряжения переменного тока открывается, или тринистор VS1, или VS2. На подключенную нагрузку - лампу накаливания EL1 через помехоподавляющий фильтр L2C4 поступает напряжение питания. Уровень поступающей на нагрузку мощности регулируют переменным резистором R11, чем меньше установленное сопротивление этого резистора, тем большая мощность подаётся в нагрузку. Фазовую задержку открывания симисторов обеспечивает конденсатор СЗ. Последовательно включенные светодиод HL1 и стабилитрон ограничивают рост напряжения на элементах регулировочного узла.
Этот регулятор рассчитан на управление подключенной нагрузкой, потребляющей мощность до 250 Вт. Следует отметить, что большинство светильников - настольных ламп, даже изготовленных в цельнометаллическом корпусе, рассчитаны на эксплуатацию с лампой накаливания мощностью не более 60 Вт. Плавкий предохранитель FU1 установлен на относительно большой ток с целью сохранить свою целостность в момент перегорания лампы накаливания.
Детали и конструкция
Большинство деталей устройства установлены на полукруглой монтажной плате, размеры и форма которой подогнаны под установку в металлическом корпусе основания диаметром 165 мм отечественной настольной лампы модели ННБ37-60-018 УХЛ4, изготовленной по ГОСТ 8607-82.
Для изоляции токоведущих элементов конструкции от корпуса светильника используется плотная стеклоткань, приклеенная двусторонней монтажной липкой лентой и клеем «БФ».
Рис. 2. Цоколевка транзисторов КТ502, КТ503 и тиристора КУ221.
Переменный резистор применён типа СПЗ-35, можно заменить, например, на СПЗ-30а, СП-1, СПЗ-12, СПЗ-4, СПЗ-33-32 или аналогичный. На ось переменного резистора должна быть надета регулировочная ручка из изоляционного материала. Остальные резисторы типов РПМ, МЯТ, С1-4, С1-14, С2-14, С2-33 или аналоги.
Конденсатор С1 керамический типа К15-5, вместо такого конденсатора можно установить любой керамический или плёночный на рабочее напряжение постоянного тока не менее 630 В или переменного не менее 275 В, например, К73-17, К73-24, К73-39. Такими же конденсаторами можно заменить С2 и С4. Конденсатор СЗ плёночный малогабаритный.
Вместо диодов GUR460 можно установить FR304 - FR307, FR604G - FR607G, PR3004 -PR3007, SRP300J, 1 N5404 - 1N5408, КД257Б - КД257Д, КД202М, 2Т202Т.
Диоды 1N4007 заменимы на 1N4005, 1N4006, UF4005- UF4007, RU3AM, 1N4936GP, 1N4937GP, FR155 - FR157, КД209Б, КД221В, КД243Г, КД247Д. Вместо светодиода АЛ316А красного цвета свечения подойдёт любой из серий АЛ341, КИПД21, КИПД40, L-1503, RL52, RL54, DB5-436. Для светодиода в основании светильника просверлено дополнительное отверстие.
Вместо стабилитрона Д814Д подойдёт любой из Д814Д1, КС213Ж, 1N4743A, 1N4743A,BZV55C-12,BZV55C-13, TZMC-13. Вместо транзистора KF13001 подойдёт MJE13001, MJE13002, MJE13003, MJE340, BF420, BF393, М PSA-42, 2N6517.
Транзистор BF421 заменим на BF493, MJE350, 2N6520, 2SA1625, 2SA1700, MPSA-44. Вместо транзистора КТ503Б подойдёт любой из серий КТ503, КТ3117, КТ6111, КТ6113, КТ645, SS8050, 2SC2116, 2SD261, SS8050, SS9013. Транзистор КТ502Е, можно заменить любым из КТ502, КТ209, КТ6112, КТ6115, КТ639, SS8550, SS9012, 2SA643, 2SA1048, 2SA1150, 2SA1378.
Учитывайте, что транзисторы даже одного типа, но разных изготовителей, могут иметь отличия в цоколёвке выводов. Тринисторы КУ221 работают без дополнительного металлического теплоотвода, можно устанавливать в паре тринисторы с разными буквенными индексами. Цоколёвка выводов применённых транзисторов и тринисторов показана на рис. 2.
Выключатель SA1 установлен клавишный на шнуре питания светильника. Двухобмоточный дроссель L1 применён готовый от компьютерного БП, выполненный на Ш-образном ферритовом сердечнике.
Подойдёт любой аналогичный с общим сопротивлением обмоток до 2 Ом, индуктивность, чем больше, тем лучше. Дроссель L2 самодельный, намотан на двух ферритовых стержнях 400НН диаметром 8 мм, длиной по 40 мм. На каждом стержне намотано по 60 витков обмоточного провода диаметром 0,39 мм, намотка виток к витку поверх двусторонней липкой бумажной ленты.
Катушки дросселя располагают параллельно одна другой так, чтобы их магнитный поток был замкнутым. Дроссели и конденсаторы LC фильтров обёрнуты стеклотканью и приклеены к внутренней стороне основания корпуса светильника.
Налаживание
Изготовленное из исправных деталей устройство начинает работать сразу. При желании, подбором конденсатора СЗ можно установить минимальную устанавливаемую яркость свечения лампы накаливания.
Этот фазовый регулятор мощности можно также применить для регулировки рабочей температуры электропаяльников, для регулировки оборотов маломощных коллекторных электродвигателей, рассчитанных на подключение к сети переменного тока 230 В. Минимальная мощность подключаемой нагрузки может быть 8 Вт.
Бутов А.Л. РК-2016-05.
Литература:
- Бутов А.Л. Фазовый регулятор мощности на некондиционных симисторах. - РК-2010-07.
- Бутов А.Л. Сенсорный регулятор мощности. -РК-2001-04.
- Бутов А.Л. Фазовый регулятор мощности на сильноточных тринисторах. - РК-2003-02.
- Бутов А.Л. Регулятор яркости для сети с нестабильным напряжением. - РК-2010- 08.