Данный регулятор может использоваться для плавного запуска и регулировки оборотов двигателей болгарок, дрелей и другого электроинструмента. Регулятор можно применять, как взамен вышедших из стоя штатных средств, так и устанавливать в привода, которые изначально такими регуляторами с плавным пуском не оснащались. Описываемая схема плавного включения защищена несколькими авторскими свидетельствами, ее особенностью является быстрое восстановление после выключения питания (доли секунды) и высокая экономичность, что выгодно отличает его от других схем подобного класса. Благодаря постепенному нарастанию напряжения во время включения, достигается более благоприятный режим работы электроинструмента и продлевается срок его службы. Устройство можно также использовать для продления срока службы обычных ламп накаливания, ведь наибольшее разрушение нити лампы накаливания происходит при включении, когда ее сопротивление в 8...10 раз меньше, чем у раскаленной.
Регулятор, схема которого приведена на рисунке отличается повышенной нагрузочной способностью (до 600 Вт). Диапазон изменения напряжения, регулируется переменным резистором R12, от 5 до 98%, минимальная мощность нагрузки - 25 Вт.
При замыкании контактов выключателя SA1 переменное напряжение сети через нагрузку EL1 и дроссель L1 поступает на выпрямительный мост, образованный диодами VD1-VD4. Импульсы выпрямленного напряжения стабилитрон VD5 ограничивает по амплитуде до его напряжения стабилизации. Далее эти импульсы частотой 100 Гц поступают на первый пороговый элемент на аналоге однопереходного транзистора VT1VT2, фазосдвигающую цепь R10C3, регулируемый делитель напряжения R11-R13, первую интегрирующую цепь VD7R14C4 и на вторую интегрирующую цепь VD9R17C5R18.
Время зарядки конденсатора C3 (8...9 мс) на порядок меньше, чем конденсатора С4 (2...10 с), поэтому в устройстве происходит ряд процессов: конденсатор C3 заряжается до напряжения открывания аналога однопереходного транзистора VT1VT2 и через него, а также резистор R9 быстро разряжается, результате в цепи управления тринисторами VS1, VS2 через развязывающие резисторы R3 и R4 поступает управляющий импульс, который открывает тот из тринисторов, на аноде которого в данный момент присутствует положительная полуволна сетевого напряжения. Если, например, положительная полуволна на аноде тринистора VS1, то он открывается и через него, диод VD2, дроссель L1 и контакты выключателя SA1нагрузка EL1 подключается к сети. Ток через нагрузку течет до тех пор, пока положительное напряжение на аноде тринистора VS1 не уменьшится до нуля. В этот момент тринистор VS1 закрывается и отключает нагрузку от сети.
В следующий полупериод положительная полуволна сетевого напряжение оказывается на аноде тринистора VS2 и, благодаря коммутирующему диоду VD4. после ограничения стабилитроном VD5 поступает к фазосдвигающей цепи R10C3. Конденсатор С3 вновь заряжается до напряжения открывания аналога однопереходного транзистора VT1VT2 и быстро разряжается через него и резистор R9. В результате на управляющие электроды тринисторов через развязывающие резисторы R3, R4 вновь поступает управляющий импульс, который теперь открывает тринистор VS2. Нагрузка EL1 подключается к питающей сети через диод VD1, дроссель L1, тринистор VS2 и выключатель. По этой цепи нагрузка питается до тех пор, пока положительное напряжение на аноде тринистора VS2 не уменьшится до нуля. В результате тринистор закроется и отключит нагрузку от сети.
Как уже упоминалось выше, одновременно заряжается и конденсатор С4 в первой интегрирующей цепи. Ее постоянная времени – 2...10 с. Поэтому в начальный момент падание напряжения на конденсаторе равно нулю, диод VD8 открыт и шунтирует резистор R13. Делители напряжения R11-R13. Диод VD6 при этом закрыт и защищает фазосдвигающую цепь R10C3 от шунтирующего влияния открытого диода VD8. А так как постоянная времени фазосдвигающей цепи R10C3 равна 8– 9 мс, то угол открывания тринисторов соответствует 150…170°, Поэтому значение среднего тока, протекающего через нагрузку невелико.
По мере зарядки конденсатора С4 падение напряжения на нем плавно увеличивается, что приводит к соответствующему повышению падения напряжения на резисторе R13 и дополнительной подзарядке фазосдвигающего конденсатора C3 через диод VD6 от делителя напряжения R11-R13. благодаря чему время зарядки конденсатора C3 плавно уменьшается, угол открывания аналога однопереходного транзистора VT1VT2 и тринисторов также плавно уменьшается. Это приводит к постепенному нарастанию значения среднего тока через нагрузку и оборотов двигателя или яркости свечения лампы.
При дальнейшей зарядке конденсатора С4 диод VD8 закрывается, цепь задержки, состоящая из диода VD7, резистора R14 и конденсатора С4, отключается от делители напряжения R11-R13 и устройство выходит на стационарный режим работы.
Угол открывания порогового элемента VT1VT2 и тринисторов а стационарном режиме, а следовательно, и напряжение на нагрузке определяются номиналами и соотношением сопротивлений резисторов делителя R11-R13 и цепи R10C3. Чем больше сопротивление переменного резистора R12, тем меньше выходное напряжение делителя, меньше подзаряжается фазосдвигающий конденсатор C3, больше угол открывания тринисторов и меньше значение среднего тока, текущего через нить, а следовательно, слабее ее свечение. При минимальном сопротивлении резистора R12 напряжение на выходе делителя R11-R13 и подзарядка конденсатора C3 от него максимальны, угол открывания порогового элемента VT1VT2 и тринисторов наибольший, а значит, средний ток через нагрузку тоже максимален.
В период плавного запуска устройства и в стационарном режиме второй пороговый элемент, функцию которого выполняет аналог однопереходного транзистора VT3VT4. закрыт и не влияет на работу светорегулятора, потому что напряжение на первом его управляющем входе (коллектор VT44) D это время превышает напряжение на втором управляющем входе (эмиттер VT3). Достигается это, во-первых, подключением коллектора транзистора VT4 через резистор В17 и диод УГЛ9 к точке соединения токоограничивающих резисторов В2,135 и В6, где более высокое напряжение, чем на катоде стабилитрона VD5, во-вторых, за счет постоянной времени зарядки конденсатора С5 через резистор R17 в пределах нескольких миллисекунд. что на три порядка меньше постоянной времени задержки включения конденсатора С4, и, в-третьих, соответствующим подбором номиналов резисторов R17, R18.
После выключения устройства конденсатор С5 разряжается через резистор R18. Время его разрядки около 50 мс. поэтому через 20...30 мс после выключения напряжение на коллекторе транзистора VT4 становится меньше, чем на эмиттере транзистора VT3. В результате аналог однопереходного транзистора открывается и конденсатор С4 разряжается через его коллекторные переходы и резистор R16 примерно за 100 мс. Таким образом, суммарное время разрядки конденсаторов С5 и С4, равное 130 мс, и определяет время восстановления работоспособности устройства после его выключения. Следовательно, включение регулятора через десятую долю секунды после его выключения происходит плавное нарастание напряжения на нагрузке (как и при первом включении), что увеличивает ее ресурс работы.
Детали описанного светорегулятора можно смонтировать на плате размерами примерно 50x35 мм. Резистор R12 – СП3-9a или СП4, остальные - МЛТ, Конденсаторы С1 и С2 типа К73-17 на номинальное напряжение 400 В, С4 – оксидный К50-16, С5 – КМ-6. Вместо указанных на схеме транзисторов КТ361Б можно применять КТ203Б, КТ209Б, КТ310А. а вместо КТ315Б – КТ201Б, КТ312Б, КТ342, КТ3107. Стабилитрон КС212Ж (VD5) заменим на КС515Ж, КС512А. КС515А, Д814Д или Д914Г, а диоды КД102А (VD3, VD4) и КД503А (VD6-VD9) -на КД502А. Налаживание регулятора заключается в подборе резистора R10 при замкнутых накоротко выводах конденсатора С4. Номинал резистора (в пределах 62...180 кОм) должен быть таким, при котором якорь двигателя едва вращается, а нить накаливания лампы чуть светится.
На рисунке 2 приведена часть схемы варианта регулятора, в котором входной ключ выполнен на тринисторах VS1, VS2, включенных встречно-параллельно. Их управляющее электроды питаются напряжением обмоток II и III импульсного трансформатора Т1. подключенного обмоткой I к выходу порогового элемента VT1VT2. Благодаря исключению диодов (VD1, VD2), через которые течет ток нагрузки, этот вариант экономичнее описанного и может работать с осветительными нагрузками мощностью от 25 до 600 Вт.
Магнитопроводом импульсного трансформатора служит кольцо типоразмера К14x8x3 из феррита с магнитной проницаемостью 600…2000. Все обмотки трансформатора содержат по 100 – 200 витков провода ПЭВ-2 0,1. Между первичной и вторичными обмотками делают прокладку, обеспечивающую хорошую изоляцию. Следует заметить, что как в первом, так и во втором варианте схемы желательно применение дросселя L1 – он содержит 150 витков провода ПЭВ-2 0,8, намотанных на отрезке ферритового (600НН) стержня длиной 45 мм. Закрепляют его на плате вертикально клеем БФ-2.
Принцип действия и налаживание такого варианта светорегулятора аналогичны описанному выше.
Литература:
1. Бжевский Л, Светорегулятор с выдержкой времени. – Радио. 1989, № 10. с. 76.
2. Филиппов А., Сидоркин В. Осветительное устройство. Авторское свидетельство № 1798833. – Бюллетень "Открытия, изобретения", 1992, № 8.
3. Филиппов А. Осветительное устройство. – Авторское свидетельство № 1826146. – Бюллетень Открытия "изобретения", 1992, N8 13.
4. Филиппов А. Светорегулятор с плавным включением. – Радио. 1995, № 1. с. 35.