Najprostszy regulator mocy 230V

Właściwości - najprostszy regulator mocy 230V

• maksymalne obciążenie - 2,5 kW
• niski poziom generowanych zakłóceń
• możliwość pracy jako regulator obrotów lub jako ściemniacz do żarówek tradycyjnych
• wymiary płytki: 55×55 mm
• zasilanie: 230VAC

Opis układu - najprostszy regulator mocy 230V

Regulacja mocy odbiorników prądu przemiennego nie jest sprawą prostą. Najprostszą, ale i jednocześnie najmniej doskonałą metodą jest zastosowanie rezystancji włączonej szeregowo z odbiornikiem. Jednak płynna regulacja mocy jest w takim przypadku praktycznie niemożliwa i nie uzyskujemy żadnej oszczędności energii. Szczególnym przypadkiem takiego sposobu regulacji było kiedyś włączanie termistora szeregowo z żarówką małej mocy, np. od lampki nocnej.

Po włączeniu zasilania termistor stopniowo nagrzewał się zmniejszając swoją rezystancję i stopniowo zwiększał siłę światła. W rozwiązaniu stosowano termistory dużej mocy używane w telewizorach lampowych w celu zabezpieczenia włókien żarzenia lamp przed uszkodzeniem w momencie włączania zasilania. Było to dość efektowne, ale obecnie potrzebne do skonstruowania takiego “rozjaśniacza” termistory są prawdopodobnie trudne do zdobycia.

Rys.1 Autotransformator

Inną, chyba najlepszą metodą regulacji mocy odbiorników sieciowych jest zastosowanie autotransformatora. Jest to rozwiązanie prawie pozbawione wad, z wyjątkiem dwóch: wysokiego kosztu autotransformatora i jego dużych wymiarów. Natomiast ogromną zaletą zastosowania tzw. wariaka jest uzyskiwanie na wyjściu nieodkształconego przebiegu sinusoidalnego i możliwość podwyższania napięcia. Autotransformator, którego schemat widzimy na rysunku 1 jest nieocenionym narzędziem w pracowni elektronicznej. Umożliwia on testowanie układów zasilanych z sieci i badanie ich odporności na spadki i wzrost napięcia powyżej nominalnego.

Nasz regulator jest układem bardzo tanim i prostym, działającym na zasadzie regulacji fazowej. Schemat elektryczny ściemniacza przedstawiony został na rysunku 2. Jak widać, układ jest niesłychanie prosty i składa się zaledwie z kilku elementów. Najciekawszym z nich jest Diak. Zastosowanie tego właśnie elementu pozwoliło na skonstruowanie tak prostego układu. Zasada działania diak jest następująca: nie przewodzi on prądu poniżej napięcia progowego, zwykle ok. 12...20V. Jeżeli jednak napięcie to zostanie przekroczone, diak zaczyna przewodzić i w odróżnieniu od diod Zenera przewodzi prąd, aż napięcie spadnie do wartości bliskiej zeru.

Rys.2 Schemat ideowy ściemniacza

Drugą, niesłychanie ważną cechą diaka jest fakt, że polaryzacja napięcia jest dla niego całkowicie obojętna, co predestynuje ten element do stosowania w obwodach prądu przemiennego. Działanie tego użytecznego elementu najlepiej ilustruje rysunek 3. Jest to schemat chyba najprostszego (ale o fatalnych parametrach) generatora przebiegów zbliżonych do piłokształtnych. Omówmy teraz działanie naszego ściemniacza. Analizę jego pracy rozpoczniemy w momencie przejścia napięcia sieciowego przez zero, kiedy napięcie na kondensatorze C1 jest także bliskie zeru. Napięcie w sieci zaczyna narastać i kondensator C1 ładuję się poprzez rezystor R1 i potencjometr P1.

Rys.3 Zasada działania diaka - AVT2210

Oczywiste jest, że szybkość tego ładowania zależna jest od wartości połączonych szeregowo rezystancji R1 i P1, a zatem może być za pomocą potencjometru w szerokich granicach zmieniana. W pewnym momencie napięcie na kondensatorze C1 osiąga wartość włączania diaka. Diak zaczyna przewodzić rozładowując kondensator poprzez bramkę triaka Q1. Triak włącza się zasilając obciążenie i zwierając obwód ładowania kondensatora C1 uniemożliwia jego ponowne naładowanie. Przy najbliższym przejściu przez zero napięcia sieci triak wyłącza się, kondensator C1 zaczyna się ponownie ładować i cały cykl powtarza się sto razy na sekundę.

Oczywiste jest, że im później kondensator C1 naładuje się i triak zacznie przewodzić, tym mniejsza moc zostanie przekazana do odbiornika prądu. W taki więc prosty sposób uzyskujemy płynną regulację mocy od ok. 99% do zera. Działanie układu najlepiej ilustruje rysunek 4. Dwa elementy służą likwidowaniu największej wady układu: generowaniu zakłóceń radioelektrycznych. Są to dławik D1 i kondensator C2. Bez zastosowania tego fragmentu układu podczas jego pracy odbiór stacji radiowych na zakresie średnio i krótkofalowym byłby przez nasz ściemniacz dość skutecznie zakłócany.

Rys.4 Zasada regulacji - AVT2210

Montaż i uruchomienie - najprostszy regulator mocy 230V

Na początku kilka bardzo ważnych uwag. Układ regulatora mocy znajduje się podczas pracy pod niebezpiecznym dla życia napięciem sieci 230VAC! Jeżeli nie jesteśmy pewni swoich umiejętności, to poprośmy o pomoc w montowaniu układu bardziej doświadczonego elektronika. W każdym wypadku musimy przestrzegać następujących zasad:

1. Wszelkich manipulacji przy układzie dołączonym do sieci można dokonywać wyłącznie jedną ręką! Drugą ręką nie można dotykać jakichkolwiek przedmiotów, a najlepiej włożyć ją po prostu do kieszeni.
2. W pomieszczeniu, w którym montujemy układ powinna znajdować się jeszcze jedna osoba, znająca zasady udzielania pomocy w wypadku porażenia prądem elektrycznym.
3. Uruchamiany pod napięciem układ powinien być pewnie zamocowany do stołu montażowego.

Na rys. 5 pokazano rozmieszczenie elementów na płytce. Montaż układu z pewnością nie sprawi nikomu kłopotu. Pozycja w jakiej musi zostać wlutowany triak została wyraźnie zaznaczona na stronie opisowej płytki, natomiast kierunek zamontowania diaka nie ma najmniejszego znaczenia. Po wlutowaniu wszystkich elementów przystępujemy do wykonania dławika. Na rdzeniu toroidalnym nawijamy ściśle 18 zwojów izolowanego przewodu 1mm². Krótko przycięte końcówki wlutowujemy w płytkę i całość przyklejamy do niej za pomocą kleju do łączenia elementów na gorąco.

Rys.5 Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej - AVT2210

Starannie zmontowany układ nie wymaga uruchamiania i pracuje natychmiast poprawnie. Z elementami pokazanymi na schemacie powinien umożliwiać płynną regulację siły światła żarówki 100W od pełnej mocy do prawie całkowitego wyłączenia. Jedyną czynnością regulacyjną będzie ewentualne dobranie wartości rezystora R2. Przy wartości tego elementu równej 2,2M żarówka 100W nawet przy maksymalnym ściemnieniu nadal świeci prawie niezauważalnym światłem. Jest to dobra metoda na zwiększenie żywotności żarówek, które najczęściej przepalają się w momencie ich włączania.

Oporność włókna żarówki w stanie zimnym jest wielokrotnie mniejsza niż na gorąco, co powoduje krótkotrwały przepływ prądu w dużym natężeniu, mogącym uszkodzić włókno. Dobierając rezystor R2 możemy doprowadzić do sytuacji, kiedy włókno żarówki jest zawsze gorące i nie powstaję szok prądowy w momencie jej włączania. Pobór prądu przez żarówkę w takim stanie jest pomijalnie mały.