Схема регулятора мощности на симисторе в сетевой вилке

Однажды в магазине автору на глаза попалась симпатичного вида крупная разборная электровилка для подключения электроприборов к сети переменного тока 220 В. Купив для пробы один экземпляр этого изделия неизвестного производителя, были начаты разборки, на что же эта электровилка может сгодиться. На корпусе было написано, что она рассчитана на -250 В*16 А.

В это бы очень хотелось поверить, но не получилось, поскольку это изделие было изготовлено из легкоплавкой термопластичной пластмассы, из чего-то среднего между полиэтиленом и полистиролом. Из этого следовало, что надежности такого изделия для работы в сильноточных цепях явно недостаточно.

Старые некрасивые, но невозгораемые советские электровилки и разветвители-тройники из похожей на керамику прессованной нетермопластичной композиции вызывали и вызывают доверие на порядок большее, чем современные электротехнические изделия — красивые, но очень небезопасные.

Поскольку приобретенная соединитель-электровилка была забракована для использования в сильноточных цепях, например, с электрочайником, утюгом, стиральной машиной, было решено использовать ее для подключения нагрузок с током потребления до 1 А.

Приобретенная электровилка имела достаточно большой внутренний объем, поэтому было решено разместить в ней несложный фазовый регулятор мощности. В радиотехнической литературе разными авторами уже публиковались схемы аналогичных устройств, предназначенных для монтажа в сетевых электровилках, но эти устройства обычно имели малую допустимую мощность подключаемой нагрузки, малую перегрузочную способность и отсутствие каких-либо фильтров.

На рис. 1 приводится схема надежного компактного фазового регулятора мощности сети переменного тока 220 В, рассчитанного на работу с нагрузкой до 200 Вт. Кратковременно допускается работа с нагрузкой мощностью до 400 Вт. Если в качестве нагрузки будет использоваться светильник с лампами накаливания, то перегорание лампы накаливания в момент ее включения или работы не приведет к повреждению устройства.

Напряжение сети через плавкий предохранитель FU1 поступает на двухзвенный сетевой фильтр, состоящий из конденсаторов С1, С2, СЗ и дросселей L1, L2. Индуктивности примененных дросселей недостаточно для эффективной фильтрации помех, излучаемых регулятором в сеть, но это все же лучше, чем полное отсутствие какого-либо фильтра, как это часто бывает, например, в "китайских" настольных лампах с встроенным регулятором мощности.

Если эта электровилка-регулятор будет включаться в полноценный сетевой фильтр-удлинитель-разветвитель с многозвенным LC-фильтром, то проблема электромагнитной совместимости почти потеряет актуальность.

Подаваемая в нагрузку мощность регулируется резистором R1 в пределах от 14 до 99,7 %. Чем меньше установленное регулятором сопротивление этого резистора, тем большая мощность поступит в нагрузку. Собственно, узел регулятора мощности построен на высоковольтном маломощном тринисторе VS1, имеющем высокую чувствительность, и элементах R1, R2, R3, С4.

Мостовой выпрямитель на диодах VD1….VD4 выпрямляет переменное напряжение в постоянное, которое необходимо для работы тринисторного узла. Работает этот узел следующим образом. Допустим, движок резистора R1 установлен в среднее по схеме положение, а амплитуда любой полуволны сетевого напряжения начинает расти от О В. Одновременно с ростом мгновенного значения напряжения на выходе мостового выпрямителя через резисторы R1, R2 заряжается конденсатор С4.

Когда ток через управляющий электрод VS1 станет достаточным для открывания VS1, тринистор откроется, почти мгновенно с ним откроется и симистор VS2, на нагрузку поступит напряжение питания. Чем больше сопротивление R1, тем дольше будет заряжаться конденсатор С4, тем позднее откроются тринистор и симистор, тем меньшая мощность поступит на нагрузку.

Надо заметить, что, если отключить С4 или R3, то из-за очень высокой чувствительности VS1 на нагрузку будет всегда поступать максимальная мощность, учитывайте это при настройке. Метод "раскачивания" сильноточного тринисторного или симисторного узла бестрансформаторным слаботочным узлом автор практикует уже много лет.

Такое схемное решение показало себя как исключительно надежное и стабильное. Кроме прочих достоинств, его отличает от других фазовых регуляторов отсутствие мощного гасящего резистора сопротивлением 20…36 кОм, на котором выделяется большое количество тепла, характерного для схемотехники фазовых регуляторов 70-х…90-х годов прошлого века.

Силовой ключ сделан на мощном симисторе VS2. Резисторы R4, R5, R6 снижают максимальный импульсный ток, который теоретически может протекать через управляющий электрод симистора. Использованный тринистор VS1 в паре с примененным мостовым выпрямителем тоже мог бы управлять нагрузкой мощностью до 150…200 Вт, но тогда перегрузочная способность устройства стала бы нулевой, и регулятор выходил бы из строя всякий раз, например, при перегорании лампы или ошибочном подключении к нему мощной нагрузки, например, утюга.

Внешний вид на монтаж готового устройства показан на рис 2 и рис. 3, а вид устройства в сборе — на рис. 4. На месте переменного резистора R1 автор использовал подстроенный типа СП4-1. Этот выбор обусловлен тем, что этот резистор "как влитой" сел в корпус злектровилки, другой фактор его выбора был в том, что надежность резисторов этого типа, выполненных в "почти" герметичном корпусе, значительно выше большинства малогабаритных импортных переменных резисторов.

К сожалению, в запасниках автора не нашлось такого или подобного по габаритам резистора на большее сопротивление, например, 1 МОм — это бы позволило снизить емкость конденсатора С4. Использование трех маломощных резисторов R4…R6 вместо одного более мощного объясняется необходимостью миниатюризации монтажа.

Все постоянные резисторы можно использовать типа МЛТ, С1 -4, С2-23 и другие аналогичные общего применения. Конденсаторы С1 …СЗ использованы специальные керамические, предназначенные для работы в цепи переменного тока 250 В. Вместо них, например, можно использовать полиэтилентерефталатные К73-17 на 0,022 мкФ*630 В, имеющие относительно малые габариты.

Оксидный конденсатор С4 — импортный аналог алюминиевых К50-35 или стабильный танталовый К52-19, или аналог.

Диоды выпрямительного моста — любые из серий 1 N4004… 1 N4007, КД243 (Г…Ж), КД247 (В…Д), КД105 (Б…Г). Тринистор MCR100-6 можно заменить, например, любым из: MCR100-6ZL1, MCR100-008, MCR100-8RL, P0102DA1AA3, P0111DA1AA3, P0118DA1AA3, Х00602МА1АА2, Х0202МА1ВА2, Х00602МА1АА2. Мощный симистор ВТА06-600С можно заменить на МАС8М, MAC8N, MAC15N, ВТА10-600С, BTA08-600SW и Другими аналогичными на ток не менее 6 А и напряжение не ниже 400 В.

Дроссели любые самодельные или промышленные на ток не ниже 1,5 А, например, ДИ-2,4, ДПМ-3. Дроссели L2 и L3 можно намотать на кольцах К10x6x3 из феррита М2000НН. Чем больше индуктивность этих дросселей, тем лучше, но малые размеры корпуса накладывают свои ограничения.

При изготовлении как этого, так и аналогичных сетевых устройств, не пренебрегайте наличием плавкого сетевого предохранителя.

Эту конструкцию очень удобно использовать с сетевыми электропаяльниками мощностью 16…150 Вт, заменив штатную электровилку модернизированной, поскольку при этом отпадает необходимость в "коробочке" с регулятором, которая "вечно" мешается. При модернизации различных светильников на лампах накаливания, обычно удобнее разместить регулятор в более просторном корпусе светильника, конечно, только если светильник не слишком миниатюрный.