Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.
Что такое симистор, принцип его работы, а также справочные характеристики некоторых популярных приборов мы с Вами внимательно рассмотрели на странице  Ссылка на страницу.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока.
Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью "анодного" напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой – в момент прохождения отрицательной).
Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.
Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.
Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.
Рис.1
При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.
А теперь – как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора – тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.
Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.
Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и обмотках трансформаторов), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.
Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.
Рис.2
Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.
На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном повышении регулируемой мощности от нуля до 3. 5% от максимальной.
Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и, тем самым, устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.
Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства, выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1. 
Рис.3
Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.
А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.
При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Освещение таким диммером не запитаешь ввиду заметного мерцания, а вот для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов – самое то.
Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.
«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого числа периодов сетевого напряжения. При таком способе регулирования с высокой точностью обеспечивается отсутствие постоянной составляющей напряжения на нагрузке, вследствие чего дополнительно снижается уровень искажений, вносимых в электросеть. Это особенно важно в случае мощной нагрузки.
Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к регулятору, составляет 1 кВт. Потребляемый регулятором ток от сети не превышает 4 мА (действующее значение), типовое потребление – 3,5 мА.
На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В. Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.
Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле Uпор ≈ Uпит∙R7/(2∙R4), где Uпит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны. Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно».
И конечно, было бы совсем неправильно не упомянуть о таком важном представителе симисторного семейства, как – оптосимистор.
Оптосимистор включается посредством освещения полупроводникового слоя и представляет собой комбинацию оптоизлучателя и симистора в одном корпусе. Преимущество – простая однополярная схема управления и гальваническая изоляция цепей управления от фаз сетевого напряжения.
Оптосимисторы могут коммутировать нагрузку как сами (Рис.5),
Рис.5
так и управлять более мощными симисторами (Рис.6).
Рис.6
За счёт полной гальванической развязки управляющих цепей оптосимистора, основное его предназначение – это управление мощностью нагрузки при помощи логических устройств или микроконтроллеров с собственными цепями питания. 
Рис.7
В качестве примера на Рис.7 приведена схема регулятора мощности паяльника.
Вот, как работу этой схемы описывает уважаемый Falconist на странице сайта http://forum.cxem.net .
«Оптосимистор серии МОС204х/306х/308х содержит внутри себя схему пересечения питающим напряжением нуля, т.е. открывается только в точке нулевого значения синусоидального сетевого напряжения, независимо от момента поступления управляющего напряжения на его светодиод. Тем самым обеспечивается ключевой режим подключения нагрузки, с практически полным отсутствием ВЧ помех, проникающих в сеть 220 В. Поэтому его замена на оптосимисторы МОС302х/305х, не имеющих такой схемы, крайне нежелательна, т.к. порочит сам принцип беспомехового регулирования.
Конденсатор С1 является балластным реактивным сопротивлением. Ток, который он пропускает совместно с подключенным параллельно ему резистором R1,приближенно составляет 16 мА. Данный ток используется для питания таймера DA1 и инфракрасного светодиода оптрона DA2».
Работа таймера, формирующего управляющий сигнал для оптотиристора, аналогична работе DD1 на Рис.4 и сводится к формированию импульсов с изменяемой скважностью.
Прикупил на Али электронный регулятор напряжения. Для жены Болгарина. Думаю для полировки подойдёт. Правда, кто то говорит что накроется Болгарка но ей цена в магазине была 500р
Димер разчитан на 1.7-2.4кВ
Болгарка моя выдает максиму 500Вт
Смотрите также
Комментарии 150
Я вот так сделал — многофункциональный удлинитель =) www.drive2.ru/l/475763355336835792/
пользуюсь уже больше года.
Ребята, подскажите мало грамотному в электрике! Эта приблуда поможет уменьшить скорость(число оборотов) в напольном вентиляторе, без проблем для его мотора и др. электрике? Спасибо!
спасибо! пошел заказывать =)
Отлично!
С торцовкой Макита отлично дружит такой регулятор.
В конце 70-х годов, когда Али не было, сами делали такие на тиристоре КУ201 (если память не подводит), так до сих пор служит.
Юзаю такую со 125-ой болгаркой уже год- полет нормальный. Для корщетки вообще милое дело!
То же в свое время покупал болгарку 12,5 без регулятора, в дальнейшем приспособил диммер, который устанавливается вместо стандартного выключателя, на 1000 ватт. Пользуюсь не первый год, согласен мощность падает, но для резки пластика и тп материалов вполне годится . Полировать очень сложно так как при небольшом усилии начинают падать обороты.
Ё моё, сколько всякого понаписали-то! А по делу — пара человек. У меня тоже такой регулятор напряжения лежит. Все никак руки не дойдут повторить за тобой. Я хочу болгарку приспособить под полировку, т.е. снизить обороты.
Ты потом отпишись как работает. Есть вопрос. Сам регулятор с радиатором. Греется сильно? А то может не стоило его в закрытый корпус ставить. И еще я бы ручку регулировки сделал сбоку, а не с противоположной стороны от розетки. Мне кажется так было бы удобнее.
Пост хороший, полезный. Если б еще комментаторы писали по делу…
обороты снижает вместе с мощностью. почти не греется (ну я сутками не гонял). у меня ручка сбоку — коробка распаечная квадратная
Ё моё, сколько всякого понаписали-то! А по делу — пара человек. У меня тоже такой регулятор напряжения лежит. Все никак руки не дойдут повторить за тобой. Я хочу болгарку приспособить под полировку, т.е. снизить обороты.
Ты потом отпишись как работает. Есть вопрос. Сам регулятор с радиатором. Греется сильно? А то может не стоило его в закрытый корпус ставить. И еще я бы ручку регулировки сделал сбоку, а не с противоположной стороны от розетки. Мне кажется так было бы удобнее.
Пост хороший, полезный. Если б еще комментаторы писали по делу…
Заглушки 2 шткуки по бокам убрал для вентиляции, покрутил на низких оборотах ушм, схема не греется
Ё моё, сколько всякого понаписали-то! А по делу — пара человек. У меня тоже такой регулятор напряжения лежит. Все никак руки не дойдут повторить за тобой. Я хочу болгарку приспособить под полировку, т.е. снизить обороты.
Ты потом отпишись как работает. Есть вопрос. Сам регулятор с радиатором. Греется сильно? А то может не стоило его в закрытый корпус ставить. И еще я бы ручку регулировки сделал сбоку, а не с противоположной стороны от розетки. Мне кажется так было бы удобнее.
Пост хороший, полезный. Если б еще комментаторы писали по делу…
вот сказал так сказал. всё же перечитайте еще раз. Толковые люди еще не раз скажут, что НА ЭТОМ регуляторе болгарка на холостых разгоняется и при касании в первую секунду гадит поверхность, потом замедляется.
И еще один момент : болгарка на пониженных оборотах работать долго не может, охлаждения воздухом не хватает, т.к. если вы с 4000 тыщ оборотов (под нагрузкой возьмем примерно) опустите до 100 оборотов, во сколько раз упадет продувка мотора? а ведь полировка не намного меньше (если не побольше даже) дает нагрузку на мотор.
Но Вы обязательно поставьте, проверьте, только не забудьте отписаться — как оно пошло
Ё моё, сколько всякого понаписали-то! А по делу — пара человек. У меня тоже такой регулятор напряжения лежит. Все никак руки не дойдут повторить за тобой. Я хочу болгарку приспособить под полировку, т.е. снизить обороты.
Ты потом отпишись как работает. Есть вопрос. Сам регулятор с радиатором. Греется сильно? А то может не стоило его в закрытый корпус ставить. И еще я бы ручку регулировки сделал сбоку, а не с противоположной стороны от розетки. Мне кажется так было бы удобнее.
Пост хороший, полезный. Если б еще комментаторы писали по делу…
А кто конкретно по делу то написал?
От силы прижима с таким регулятором будет изменяться частота вращения. Если посмотреть схемы полировальных машин, то там есть обратная связь от датчика скорости.
Да и не регулируют так частоту коллекторных дрыгателей…
Хотя, если поиграться то пойдет, только ненадолго. По крайней мере щетки часто надо будет менять…
Я тоже использую регулятор освещения для болгарки 850ват
диммер не регулирует обороты. просто снижает мощность. будет раскручиваться д тех же оборотов но дольше
Правильно говорите, диммер шимит фазу, а коллекторный двигатель меняет обороты от изменения напряжения питания.
Кроме медленной раскрутки ещё и момент держать не будет, двигатель будет тормозиться и гореть.
а у пылесоса, можно таким способом снизить обороты?
Можно. Но тут дело в "эластичности" связи турбина-воздух-поверхность, обороты стабильные не получить, но и сильно резких просадок не будет. У "болгарки" связь диск-абразив-поверхность куда "жестче", просадки вплоть до остановки более чем возможны (а это срыв потокосцепления, рост тока в обмотке, перегрев и фейерверк).
диммер не регулирует обороты. просто снижает мощность. будет раскручиваться д тех же оборотов но дольше
странно, у меня, видимо, неправильная болгарка :) у меня такая штука именно снижает обороты
Конечно, снижает, иначе бы это "поделие" бы не продавалось (а это — цель любого бизнеса). Вопрос не в том, снижает или не снижает, вопрос в том — как оно это делает и к каким последствиям приводит (в краткосрочной и долгосрочной перспективе).
Есть в хозяйстве ротаметр? или хоть стробоскоп регулируемый? Попробуйте измерить без диммера и с разными уставками (90%, 60%, 30%) сначала ХХ, а потом под нагрузкой (хорошо бы станину и образцовый пригруз на ручку, для корректности измерений) — насколько просаживаются обороты? Уверен — будете удивлены.
Правильный регулятор оборотов — именно тот, который эти самые обороты как-то учитывает в своей работе, то есть двигатель должен иметь тахометр или хотя бы датчик (типа ДПКВ ;) ) и корректировать подачу тока в двигатель с учётом нагрузки на вал.
В этом поделии этого нет.
ну обратная связь вообще-то и не анонсировалась :) в дешевых инструментах со штатной крутилкой этой связи кстати так же нету. лично я эту штуку от скуки собрал, толку от неё немного в случае болгарки
Правильно говорите, в УШМ я даже на дорогих моделях не встречал. Всё жду, когда в руки попадёт настоящая полировальная машинка (приносят на "посмотреть" многое чего, я электриком на заводе тружусь), очень хочется узнать — за что ценник в 11 тысяч висит на китайском аппарате, специально заточенном только под полировку.
предположительно в них другие редуктора, другие моторы, не такие оборотистые ну и конечно с хорошим, продуманным регулятором, плюс хорошее охлаждение на небольших оборотах
"Вскрытие покажет" (с) ;)
Правильно говорите, в УШМ я даже на дорогих моделях не встречал. Всё жду, когда в руки попадёт настоящая полировальная машинка (приносят на "посмотреть" многое чего, я электриком на заводе тружусь), очень хочется узнать — за что ценник в 11 тысяч висит на китайском аппарате, специально заточенном только под полировку.
А что вы там хотите посмотреть? У меня как раз разобрана.
Было бы здорово увидеть способ поддержания стабильности оборотов
Блин, уже собрал. Что ж вчера не ответили? В общем есть схема питания: включатель, конденсатор, регулятор оборотов (тиристорный). От него 2 провода идут на обмотки, а из обмоток какие-то 2 провода (но не эти) идут на щётки. Всё. Никаких датчиков и колец, считывающих обороты я не заметил!
Из обмоток на щетки — это-то как раз понятно, коллекторный двигатель переменного тока именно так работает. А вот отсутствие тахометра — это признак надурилова, не может она точно держать обороты под нагрузкой.
Спасибо за информацию!
Конечно, снижает, иначе бы это "поделие" бы не продавалось (а это — цель любого бизнеса). Вопрос не в том, снижает или не снижает, вопрос в том — как оно это делает и к каким последствиям приводит (в краткосрочной и долгосрочной перспективе).
Есть в хозяйстве ротаметр? или хоть стробоскоп регулируемый? Попробуйте измерить без диммера и с разными уставками (90%, 60%, 30%) сначала ХХ, а потом под нагрузкой (хорошо бы станину и образцовый пригруз на ручку, для корректности измерений) — насколько просаживаются обороты? Уверен — будете удивлены.
Правильный регулятор оборотов — именно тот, который эти самые обороты как-то учитывает в своей работе, то есть двигатель должен иметь тахометр или хотя бы датчик (типа ДПКВ ;) ) и корректировать подачу тока в двигатель с учётом нагрузки на вал.
В этом поделии этого нет.
об этом я тоже выше писал. Настоящие регуляторы именно РЕГУЛИРУЮТ обороты, а не тупо подрезают часть полуволны сетевого наряжения. без любой обратной связи (по току, или по оборотам) никакого регулирования, одни заебы
Для регулирования скорости вращения однофазных электродвигателей на напряжение питания 220 В применяются симисторные регуляторы скорости вращения.
Диммер (симисторный светорегулятор), в свою очередь, разработан для управления резистивной нагрузкой и должен применяется только как регулятор яркости свечения ламп.
В паспортах и руководствах по эксплуатации обычно есть указание на недопустимость использования диммера для управления двигателем.
Например, в описании диммера 300W фирмы Eljo (Швеция) указано: индуктивная и емкостная нагрузка (обычные трансформаторы, флуоресцентные лампы и электродвигатели) не могут работать с данными диммерами.
Различия в схемах управления:
В диммерах и симисторных регуляторах скорости применены близкие схемы управления. Обе используют принцип фазового управления, когда изменяется момент включения симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль. Для простоты обычно говорят, что изменяется выходное напряжение.
Схема симисторного регулятора отличается от схемы диммера в следующем:
· Установлен нижний порог напряжения подаваемого на двигатель вентилятора
· Мощность симистора выбирается так, чтобы его максимальный рабочий ток превышал рабочий ток вентилятора не менее, чем в 4 раза. При резистивной нагрузке в 2 А достаточно взять симистор также на 2 А.
· Предохранитель подбирается исходя из мощности электродвигателя. Обычно максимальный ток предохранителя должен быть на 20% больше рабочего тока двигателя.
· Для более правильного формирования синусоиды установлен дополнительный фазосдвигающий демпфирующий конденсатор.
· Для уменьшения сетевых помех используется дополнительный конденсатор помехоподавления
Для чего это необходимо:
1. Вращающий момент асинхронного двигателя падает пропорционально квадрату подаваемого напряжения. При достижении нижнего порога по напряжению двигатель может не запуститься. Для однофазных осевых и канальных вентиляторов нижним значением являются 40-60 В.
Ввиду того, что двигатель не вращаясь, все равно потребляет ток, обмотки вентилятора начинают нагреваться. Двигатель начинает издавать характерный звук (гудеть). В результате, если двигатель не оснащен надежной внутренней термозащитой, перегорает в течение часа.
В симисторных регуляторах, минимальное напряжение, подаваемое на вентилятор, устанавливается на заводе-изготовителе. Обычно это 80-100 В. Это гарантирует нормальную работу вентилятора при низких напряжениях.
2. При запуске двигатель кратковременно потребляет ток, в 6-7 раз больше максимального рабочего (пусковой ток). Для надежной работы при пуске двигателя применяется симистор с большим рабочим током.
3. Для правильной защиты двигателя от перегрузки по току (повышенное напряжение сети, перегрев подшипников и т.п.) величина максимального тока предохранителя должна быть подобрана по типу двигателя. Для симисторных регуляторов это значение на 15-20% выше максимального тока двигателя.
4. При подаче уменьшенного напряжения мощность двигателя падает и ротор начинает проскальзывать относительно поля статора. При определенных оборотах происходит фазовый сдвиг и двигатель начинает кратковременно потреблять ток выше, чем максимальный рабочий. Для недопущения такой ситуации в схему симисторного регулятора устанавливается дополнительный демпфирующий конденсатор и более мощный симистор.
5. Форма синусоиды при фазовом регулировании индуктивной нагрузки более сложна, чем при управлении активной нагрузкой, поэтому необходим дополнительный конденсатор подавляющий высокочастотный спектр помех. Диммер, управляющий вентилятором, может создавать помехи видимые на экране компьютера или телевизора.