Диммер или регулятор напряжения своими руками. Диммер для лампы накаливания: устройство и самостоятельное изготовление. С механическим управлением

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

Рисунок 2. Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

Обозначения:

• Резисторы: R1- 470 кОм, R2 – 10 кОм,
• Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
• Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
• Динистор DN1 – DB3.
• Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
2. Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 — 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 — 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
• Конденсаторы: С1 — 22 мкФ х 50 В; С2 — 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 — 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
• Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
• Симистор Т1 – BTA24-800.
• Микросхема – U2010B.

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

• А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
• В — При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
• С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

Возможность плавно менять яркость накаливания светильника позволяет не только использовать освещение с большим комфортом, но и экономить существенную долю электроэнергии. Все что понадобится для этого – подключить лампу через небольшое устройство, называемое диммером.

Заимствованное слово «диммер» (от англ. dimm) подходит этому прибору как нельзя лучше, поскольку в буквальном переводе означает что-то вроде «гаситель» или «делающий тусклым». Какими бывают современные диммеры и можно ли собрать такое устройство самостоятельно – об этом будет рассказано ниже.

Как устроен диммер для ламп освещения

Регуляторы яркости – именно этот термин является русским эквивалентом перекочевавшего из английского языка «диммера» – начали использовать довольно давно. Но в первоначальном варианте приборы эти никакой экономии обеспечить не могли, поскольку представляли собой обыкновенный реостат , хорошо известный каждому, кто хоть изредка посещал школьные уроки физики.

Реостат – это «древний» аналог переменного резистора. Увеличивая его сопротивление, мы отбираем часть поступающей к лампе мощности, но электроэнергия при этом не экономится, а просто превращается в тепло, выделяемое реостатом.

С появлением полупроводниковой технологии в устройстве диммеров произошли принципиальные изменения, благодаря чему эти приборы стали гораздо более совершенными. В современных регуляторах главная роль отводится двум элементам – симистору и динистору.

Диммер – электронное устройство, позволяющее управлять напряжением в нагрузке, а значит, и мощностью. Реализовать регулировку можно несколькими способами. Но наиболее распространён фазовый способ, суть которого состоит в управлении во времени моментом отпирания силового ключа (транзистора, тиристора). В сетях переменного тока лучше всего зарекомендовали себя диммеры на основе симметричного тиристора (симистора) в виде простой и недорогой конструкции. Как сделать диммер своими руками из доступных деталей, описано в этой статье.

Схема и принцип её работы

Практически все современные симисторные диммеры бытового назначения имеют общую элементную базу. Все остальные детали схемы выполняют дополнительные функции: осуществляют индикацию, способствуют стабильной работе на пониженном напряжении, делают регулировку более плавной и так далее.

Принцип действия симисторного регулятора рассмотрим на примере наиболее распространённой схемы диммера на 220 вольт, представленной на рисунке. Основной элемент схемы – симистор VS1. Он пропускает ток в обоих направлениях при появлении на управляющем электроде отпирающего импульса. Силовые электроды VS1 подключаются последовательно с нагрузкой. Поэтому ток нагрузки равен току симистора. В цепи управления силовым ключом расположен динистор VS2, открытое и закрытое состояние которого зависит от величины напряжения на его электродах. Элементы R1, R2 и С1 участвуют в цепи заряда конденсатора С1. Диод VD1 и светодиод LED образуют цепь индикатора включенного состояния. При включении диммера симистор закрыт и ток нагрузки не протекает. В момент появления очередной положительной или отрицательной полуволны сетевого напряжения через резисторы R1 и R2 начинает протекать ток. Конденсатор С1 заряжается со скоростью, которая определяется сопротивлением указанных резисторов. Ввиду того что напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, образуется некоторый фазовый сдвиг между напряжением в сети и на С1. При достижении на конденсаторе напряжения равного напряжению срабатывания динистора (32В), последний открывается, что приводит к появлению импульса на управляющем электроде VS1 и его отпиранию. Через нагрузку протекает ток. Симистор находится в открытом состоянии до окончания полуволны (смены полярности) сетевого напряжения. Затем процесс повторяется.

За счёт изменения сопротивления R2 происходит увеличение (уменьшение) фазового сдвига. Чем больше сопротивление, тем дольше будет заряжаться конденсатор и тем меньше будет время открытого состояния симистора. Другими словами, вращение ручки регулятора приводит к изменению мощности в нагрузке.

Печатная плата и детали сборки

Для того чтобы собрать представленный диммер своими руками, потребуются следующие радиодетали:

• С1 – неполярный металлоплёночный конденсатор ёмкостью 0,022-0,1 мкФ-400В;
• R1 – резистор 4,7-27 кОм-0,25 Вт;
• R2 – переменный резистор со встроенным выключателем 0,5-1 МОм-0,5 Вт;
• VD1 – выпрямительный диод 1N4148, 1N4002 или аналогичные;
• VS1 – симистор BT136-600D или BT136-600E;
• VS2 – динистор DB3;
• LED – светодиод индикаторный.

Диммер в приведенной комплектации рассчитан на подключение электроприбора мощностью не более 500 Вт. Если мощность нагрузки превышает 150 Вт, то симистор крепят на радиатор. Печатная плата 25 на 30 мм доступна для скачивания .

Область применения

В повседневной жизни диммер чаще всего применяют для регулировки яркости ламп освещения. Подключая его в цепь питания галогенных ламп, получают готовое устройство плавного розжига света, которое в разы продлевает срок службы осветительного прибора. Часто радиолюбители собирают диммер своими руками для регулировки нагрева паяльника. Регулятор мощности с увеличенной нагрузочной способностью можно использовать для изменения скорости вращения электродрели.

Запрещено подключать диммер к электроприборам, которые содержат электронный блок обработки сигнала (например, блок питания). Исключение составляют светодиодные лампы с возможностью диммирования.

Читайте так же

Многие владельцы частных домов и квартир предпочитают всячески управлять освещением в своем помещении. Одним из многих вариантов является регулятор яркости для ламп накаливания. Для таких целей используют специальные устройства, называемые диммерами. Существует множество моделей данного девайса, но стоимость многих из них не по карману обычному покупателю. При необходимости возможно собрать диммер для ламп накаливания своими руками, имеется несколько вариантов его изготовления. Эти устройства могут быть 12- и 220-вольтовые.

Устройство

Чтобы сделать диммер своими руками, потребуется подробно изучить принцип его действия и внутреннее устройство. Простейшие из этих девайсов имеют ручку, поворачивая которую можно регулировать освещение, и выведенные клеммы для подключения проводов. Таким устройством управляют яркостью ламп двух видов - галогенных и накаливания. С развитием электроники стали появляться диммеры для регулирования мощности люминесцентных и светодиодных ламп.

В более ранние времена для изменения этого параметра у ламп накаливания применяли резисторы. Мощность таких деталей рассчитывалась не меньше нагрузочной. Минусом таких приспособлений являлась потеря мощности при снижении яркости света.
Наиболее часто их применяли в больших общественных залах, театрах и т. д. Принцип работы прибора основан на использовании симистора и динистора, являющихся современными полупроводниковыми приборами.

По конструкционным особенностям диммеры можно классифицировать по следующим типам:

• поворотные, где управление выполняется при использовании ручки – электронные;
• кнопочные управляются при помощи специальных кнопок – групповые;
• дистанционные, которые работают при помощи дистанционного пульта.

Кнопочный диммер более многофункционален, чем поворотный. Это связано с тем, что если в цепь завязать нужное количество кнопок, управление можно осуществлять с разных мест. Длина проводов, используемых для подключения диммера, не должна превышать 10 метров. Это связано с возникновением помех.

Мало кто знает, что при помощи самодельных регуляторов мощности можно изменять температуру паяльника, контролировать обороты вытяжного вентилятора. Также он отлично подойдет для пылесоса или дрели, у которых можно регулировать их скорость вращения.

Подключение диммера

Схема диммера для ламп накаливания довольна простая. Он подключается вместо обычного выключателя в разрыв цепи в монтажную коробку. Необходимо соблюдать предписания изготовителя, согласно которым нельзя путать выводы для подключения фазы и нагрузки. Для сборки диммера своими руками не понадобится много дорогих деталей, подойдут симисторы, рассчитанные на определенную мощность. Существует два варианта подключения - одинарный и групповой. Первый вариант подразумевает подключение в цепь с одним или несколькими источниками света, которые объединены в группу. При групповом способе принципиальная схема будет насчитывать несколько диммеров, согласно количеству групп освещения.

При подключении светорегулятора вместо двухклавишного выключателя работа светильника немного изменится. Теперь будет другим подсоединение проводов и лампы накаливания, их не получится включать групповым способом. Фазу необходимо подсоединить на фазный вывод диммера, а остальные два присоединяются на соседнюю клемму. Для осуществления прежнего освещения потребуется групповой светорегулятор.

Изготовление

Как указывалось ранее, существует множество схем, с помощью которых умельцы изготавливают устройства, способные регулировать значение напряжения для осветительных приборов. Можно выделить несколько наиболее популярных элементов, используемых для сборки данных устройств:

• симистор;
• тиристор;
• конденсатор;
• применение готовых микросхем.

Данный светорегулятор работает от сети 220 В. В основу его действия заложено открытие силового ключа за счет смещения фазы. Главным элементом схемы является RC-цепочка, которая у каждого устройства разного номинала. Силовым ключом выступает симистор. Работа схемы заключается в пропускании симистором через себя тока. Для этого необходимо возникновение напряжения между его электродами. Чтобы регулировать смещение фазы, и тем самым угол открывания, в цепочку впаивается переменный реостат, который предназначен для регулировки быстроты заряда конденсатора. В цепь с управляющим электродом ставится динистор. Время, за которое конденсатор наберет пороговое напряжение, влияет на быстроту открытия симистора, а значение нагрузок будет прямо пропорционально зависеть от величины этого напряжения.

При наличии принципиальной схемы такой диммер на симисторе можно собрать менее чем за час.

Как работает диммер на тиристоре?

Данный светорегулятор могут собрать умельцы, у которых есть различные радиодетали, из которых можно выбрать тиристоры с необходимыми параметрами. Этот самодельный диммер будет немного отличаться схемой и является более трудным в сборке. В нем для каждого ключа устанавливается отдельный динистор и тиристоры для полуволн.

Для работы данной схемы применяются две параллельные цепочки резисторов. Через одну цепь резисторов проходит заряд конденсатора, где в свою очередь происходит нарастание порога открывания ключа, при открытии которого на электрод управления подается ток и проходит положительная полуволна. Отрицательная фаза пропускает волну таким же образом через другой ключ.

Важно знать, что использовать диммер на тиристоре не получится для приборов освещения, в которых устанавливаются светодиодные, люминесцентные и экономные лампы.

Конденсаторный диммер и принцип его действия

Помимо регуляторов, рассчитанных на плавность управления освещением, также распространены устройства, работающие за счет конденсатора. В этом случае на передачу тока влияет емкостная величина. Соответственно, с увеличением емкости конденсатора через его полюсы пройдет ток большего значения. Данный диммер-регулятор является достаточно компактным.

В основном схемы для таких устройств сочетают в себе три различных положения:

• Без ограничения мощности.
• Через конденсатор гашения.
• Перекрытое положение (режим «выключено»).

В схеме такого диммера обычно используют неполярные конденсаторы. Найти их можно в электротехнике старого образца. Используя схему, можно своими руками собрать светорегулятор и управлять значением напряжения на лампочке в светильнике.

Использование микросхем для пониженного напряжения

В цепях с постоянным напряжением, рассчитанным на 12 вольт, регулировка мощности часто выполняется при помощи интегральных стабилизаторов, называемых КРЕНами. Использование таких устройств позволяет регулировать электрические двигатели малой мощности и светодиодное освещение. Чтобы обеспечить удобство монтажа деталей, используют микросхему. Готовый диммер будет не только выполнять функции регулировки, но и обеспечивать защиту электрооборудования.

Использование микросхемы КРЕН обеспечивает управление значением напряжения от 1,5 В до 30 В, а тока до 7,5 А. Во время сборки устройства нужно обратить внимание на следующие нюансы:

• Для охлаждения микросхемы необходим радиатор, что обусловлено ее нагреванием при выделении тепла. Это является существенным недостатком, так как занимается лишнее место на плате.
• Установленные диоды должны быть рассчитаны на ток не более 12 А и напряжение от 50 В.
• Силовой трансформатор устанавливается мощностью не менее 0,25 кВт.

Принцип действия схемы прост. На электроде управления за счет переменного резистора образовывается основное напряжение. С помощью стабилизатора можно регулировать этот параметр от максимальных 12 вольт до десятых его долей.

Вариант с цифровой микросхемой

Для выполнения регулировки осветительных приборов со светодиодными лампами обычные светорегуляторы не подходят, потому что для их включения необходимо 9 В. Такой диммер можно собрать, используя микросхему NE555. При возникновении потребности в плавной регулировке освещения в данную схему можно подключить и лампы на 12 В. Мощность здесь усиливает полевой транзистор. Это связано с тем, что у микросхемы выходной ток составляет 0,2 А.

При увеличении нагрузки свыше 1 А потребуется установка транзистора на радиатор, который можно выполнить из любого подходящего материала. Для защиты этой детали от статических помех потребуется перемотать выходящие ножки фольгой из алюминия или медной проволокой.

Монтаж диммера можно произвести на текстолите с оболочкой из фольги. Такой материал применяется для изготовления печатных плат. Материал корпуса выбирается на усмотрение исполнителя работы.

Большинство современных диммеров – китайского производства. Не все светорегуляторы добротного качества. Иногда лучше изготовить диммер своими руками, чем переплатить деньги за быстро вышедшее из строя устройство.

Диммер – устройство, предназначенное для изменения яркости осветительных ламп. Наряду с возможностью регулировки, эти устройства позволяют сберегать потребляемую электроэнергию.

Сегодня диммеры стали практичным и доступным средством экономии электричества.

В данной статье мы бы хотели рассказать вам об этом устройстве и показать, как сделать простой диммер своими руками.

Управление силовым элементом осуществляется регулирования, которая изменяет фазу открывания этого элемента . Для этой цели могут использоваться транзисторы, динисторы или микроконтроллеры, вырабатывающие сигналы с широтно-импульсной модуляцией.

Простой регулятор

Наиболее легко своими руками реализуется диммер с использованием динистора и симистора.

Динистор (диак) представляет собой полупроводниковый прибор, который имеет проводимость в двух направлениях. Его графическое обозначение соответствует принципу его работы и представляет собой два диода, включенных навстречу друг другу.

Симистор (триак) – представляет собой сложный тип тиристора, который начинает пропускать ток при подаче на его управляющий электрод тока управления. Он также может работать в двух направлениях.

В схему, кроме триака и диака, входят постоянный и переменный резисторы, конденсатор и пара диодов (для индикации работы прибора один из них является светодиодом).

Принцип действия

Принцип действия устройства состоит в следующем:

Выбор элементов

Для того, чтобы собрать приведенную выше схему, необходимо приобрести следующие детали:

• триак (например, типа ВТ12-600);
• диак (ДВ3);
• диод (1N4148);
• светодиод для индикатора;
• постоянный (4,7 кОм) и переменный (500 кОм) резисторы;
• неполярный конденсатор (0,1 мкф).

При выборе симистора необходимо обратить внимание на то, что его мощность рассеивания должна быть не меньше мощности нагрузки.

Для указанного выше прибора этот параметр составит около 1 кВт, а максимальное напряжение — 600 В . Конденсатор должен выдерживать не менее 250 В. При отсутствии каких-либо из этих деталей их можно заменить другими, близкими к ним по параметрам. Подобрать эти элементы можно по характеристикам, приведенным в даташитах.

Сборка

Данное устройство можно собрать с использованием навесного монтажа и соединительных проводов . Однако более правильно сделать печатную плату, так как это позволит минимизировать размеры блока, который часто устанавливается вместо обычного выключателя, имеющего малые габариты.

Для сборки необходимо проделать следующие операции:

• Из куска фольгированного текстолита размером 35 х 22 мм изготовить печатную плату. При этом необходимо нанести на плату чертеж соединений, просверлить отверстия для выводов, прорисовать нитрокраской дорожки и монтажные площадки для пайки, произвести травление платы хлорным железом.
• Установить в отверстия детали, отрезать лишние концы и пропаять контакты с помощью паяльника.
• С помощью проводов припаять потенциометр.
• Для тестирования работоспособности сборки подключить к ней лампу накаливания.
• Включить систему в сеть и убедиться в том, что при вращении ручки потенциометра меняется яркость свечения лампы.

На примере данного видео диммер легко можно собрать своими руками, такая схема регулятора мощности на симисторе может быть использована для изменения мощности света ламп накаливания и других нагрузок с рабочим напряжением 220 В:

Подведем итоги. Для регулировки источников света могут использоваться диммеры. Простейшей является схема с использованием триака и диака. Такое устройство можно легко собрать своими руками из деталей, имеющихся в продаже.

В заключение предлагаем вам посмотреть видео-инструкцию, как быстро и просто осуществить установку диммера своими руками:

просмотров