Поиск
Свежие комментарии

Наладка и исследование регулятора мощности

Сегодня на блоге публикую статью, с которой выступает в Конкурсе наш постоянный читатель, писатель и комментатор — Алексей Сидоркин, известный также под ником Alex S. Статья участвует в Конкурсе статей лета 2017 г. Алексей не раз принимал участие в Конкурсах, привлекая внимание читателей, и вызывая живое обсуждение.

На этот раз статья — целое исследование с применением компьютерного моделирования и построения графиков в программе Excel. Программу, кстати, можно будет скачать в конце статьи.

Итак, слово Автору:

Наладка регулятора мощности на симисторе

На мой взгляд, представленный материал будет интересен для любителя тем, что показывает экспериментальную возможность подбора состава элементов и их номиналов, исходя из наличия. Вместе с тем, дает практику работы с электронной таблицей Excel в виде ссылки на xls-файл с открытым кодом [1].

Excel — мощный инструмент и для дома, и для работы любого специалиста, великолепно поддается программированию на языке VB Excel. Литературы и справочников по  Excel масса, наиболее удачные, с моей точки зрения, могу отметить в комментариях на СамЭлектрик. Автор разработал ряд программ на базе Excel, успешно используемых теперь реальными предприятиями.

 

Исходная схема регулятора мощности

Исходная схема с «приблизительными» номиналами элементов была собрана на плате от регулятора яркости бывшей настольной лампы из 70-х годов прошлого века, а элементы  L1, C1, L2, C2 просто остались. В качестве прототипа взята  схема регулятора мощности [2]  на симисторе с неоновой лампой на управляющем электроде. Элементная база, включая симистор BT139-600B,  изменена по наличию. Элементы силовой цепи на схемах [3] рис.1 и рис.4 выполнены толстыми линиями, элементы управления – тонкими.

Рис.1. Исходная схема  регулятора мощности.

Рис.1. Исходная схема  регулятора мощности.

Экспериментальная наладка

Наладка обычно производится после нового монтажа, а также после замены какого-либо элемента изделия. Цель – согласование номиналов элементов управления с силовой цепью устройства, главным образом с конкретным симистором,  при удовлетворительной линейности характеристики. В процессе наладки рассматриваемого устройства производились измерения напряжения и тока нагрузки (для расчета мощности) или непосредственно  измерение потребляемой мощности при различных углах поворота движка регулятора.

Для оценки работы регулятора мощности фиксировались параметры одних и тех же, но разных по мощности активных нагрузок (лампа накаливания, кипятильник в стакане с водой и утюг номинальной мощностью соответственно 100, 500 и 1000 Вт). С целью удобства сопоставления и обобщения результатов экспериментов, анализировались не абсолютные значения мощности, а их относительные (приведенные) величины.

Рис.2. Внешний вид регулятора мощности.

Рис.2. Внешний вид регулятора мощности.

Параметры нагрузки в зависимости от угла поворота движка регулятора

                                                                                                          Таблица 1

НагрузкаПараметрУгол поворота, град.
04590135180225270290
~U, В002071124176219224
Лампа~I, А000,070,170,240,320,390,4
накаливанияP, Вт001,412,0729,7656,3285,4189,6
100 ВтPотн.000,020,130,330,630,951
Pw, Вт013,529486581,59395
Pw отн.00,140,310,510,680,860,981
~U, В002870121173214218
~I, А000,30,751,221,632,052,11
КипятильникP, Вт008,452,5147,62281,99438,7459,98
500 ВтPотн.000,020,110,320,610,951
Pw, Вт033109192294390466470
Pw отн.00,070,230,410,630,830,991
~U, В002363114169207214
~I, А000,0451,232,022,883,573,7
УтюгP, Вт001,03577,49230,28486,72738,99791,8
1000 ВтPотн.000,000,100,290,610,931
Pw, Вт046176316488662780791
Pw отн.00,060,220,400,620,840,991

 

Пояснения к таблице, скопированной из Excel-файла:

  • угол поворота 290° [4] — это упор резистора;
  • U — напряжение на нагрузке, прямое измерение, мультиметр M890F (исходная схема без R4);
  • I — ток нагрузки, прямое измерение, мультиметр DT9208A (исходная схема без R4);
  • P = U * I — потребляемая мощность, расчетное значение;
  • Pотн. = P / Pmax — относительная (приведенная) мощность, расчетное значение;
  • расцветка выделенных значений параметров соответствует расцветке линий на графике;
  • индекс «w» относится к измерениям с использованием ваттметра DuVolt PowerMeter (уже с R4);
  • «цифровое заполнение» каждой ячейки в строках “P” , “Pотн.” и “Pw отн.” происходит автоматически согласно формуле в ячейке (=результат математических действий со ссылкам на другие ячейки, содержащие известные величины).

 

Рис.3. Экспериментальные кривые при наладке регулятора мощности: тонкие линии – исходная схема, толстые линии – схема после наладки.

Рис.3. Экспериментальные кривые при наладке регулятора мощности: тонкие линии – исходная схема, толстые линии – схема после наладки.

В среде Excel кривые на графике выстраиваются «автоматически» по величинам  из заданного диапазона ячеек таблицы. Все параметры построения и оформления графика задаются по желанию пользователя.

Как видно по ходу кривых, регулировка мощности в исходной схеме начинается только после поворота движка регулятора на угол более 45° (это поворот «впустую»), и лишь после наблюдается нарастание мощности, причем, не пропорционально углу поворота.

 

С целью «линеаризации» (выпрямления) регулировочной характеристики параллельно потенциометру R2 был установлен добавочный постоянный резистор R4=750к.

Но прежде я экспериментально подобрал этот номинал, временно впаяв в схему переменный резистор 1M:

— установил угол поворота движка потенциометра/резистора R2 в положение «0» (ноль) мощности регулятора;

— вращая движок резистора R4, добился момента полного гашения нагрузки (по амперметру/ваттметру 0 – это важно! – момент эффективного воздействия всех элементов управления на открытие/закрытие симистора);

— после отключений (схемы от 220 В и R4 от схемы!) измерил сопротивление переменного резистора (у меня получилось 750к) и заменил постоянным номиналом.

Теперь (при R4=const) нужно снять характеристики наших нагрузок при различном положении движка резистора R2 (группа кривых толстыми линиями).

Измерение мощности на нагрузках

К этому времени я получил через Интернет-магазин бытовой ваттметр DuVolt PowerMeter 3 (анализатор расхода электроэнергии) и предварительно сделал несколько контрольных измерений мощности новым ваттметром и параллельно моими цифровыми мультиметрами на совпадение показаний/расчетных значений мощности. Результаты уложились в паспортные показатели точности упомянутых приборов. Покупкой ваттметра доволен.

Дальнейшее снятие характеристик (заполнение таблицы) с теми же нагрузками производил с использованием этого прибора уже без измерения напряжения и тока на нагрузке. Видно, что после установки резистора R4 характеристики сместились и стали более прямолинейными, исходящими из «0», чего и добиваются «линеаризацией».

Рис.4. Схема регулятора мощности после наладки.

Рис.4. Схема регулятора мощности после наладки.

Индуктивности/дроссели L1 и L2,  как оказалось позже, сыграли отрицательную роль. А именно, будучи намотаны на ферритовых стержнях, при длительной нагрузке 1..1,5 кВт стали перегреваться, и их ПХВ-оболочка оплавилась и обуглилась. Изначально ПХВ-оболочка скрыла их «коварную» ферритовую сущность, дроссели превратились в серьезную нагрузку в силовой цепи регулятора, и их пришлось удалить из схемы. Убрал и конденсаторы на входе питания 220в.


Надоело? Может, это будет интересно:

Продолжение статьи:

 

Анализ максимальных табличных значений мощностей по нагрузкам показывает, что включенные через регулятор электроприборы не добирают своей полной мощности даже при крайнем положении движка регулятора, особенно  кипятильник (470 вместо 500 Вт – 94%) и утюг (790 вместо 1000 Вт – 80%). Получается, для работы нагрузок/электроприборов на полную мощность их следует включать в сеть напрямую.

Так и предусмотрено  в схемах фирменных электроинструментов – при полном нажатии курка срабатывают контакты прямого включения, минуя регулятор оборотов. Этот недостаток кроется и в схемном решении рассматриваемого регулятора и его устранение, вероятно, потребует детального  анализа осциллограмм работы схемы и корректировки ее элементов, что не входит в объем представленной статьи.

Источники

  1. Характеристики регулятора мощности.xls / , xls, 113.5 kB, скачан:46 раз./
     — программа анализа и построения графика .
  2. Простой регулятор мощности для паяльника — http://oldoctober.com/ru/power_regulator/
  3. Сплан - Splan_7.0_rus - программа для черчения электрических схем / Программа непрофессиональная, но очень удобна в быстром и простом начертании схем. Архив содержит русский хелп, библиотеки компонентов, файл установки, просмотрщик, файл описания. Не требует ключа активации, работает сразу после установки., rar, 3.55 MB, скачан:6883 раз./
  4. Alt-коды вывода спецсимволов — https://ru.wikipedia.org/wiki/Alt-код

От Администратора блога.

Голосуйте за Алексея, голосование начнется в конце апреля, следите за новостями на блоге (подписывайтесь) и в группе ВК (вступайте).

На всякий случай напоминаю, что описанный в статье регулятор — почти тот же современный диммер, разве вместо тиратрона (неоновой лампы) использован динистор, по принципу действия такой же, но полупроводниковый прибор.

Принцип работы диммера на симисторе рассмотрен мной здесь, а его ремонт — здесь.

image_pdfОткрыть и сохранить статью в PDF

Рекомендую почитать ещё:

Статья понравилась? Добавьте её в свою соц.сеть!


Нравятся статьи на SamElectric.ru?
Подпишись, чтобы первым получать новые!

Введите свой e-mail :->



Если статья оказалось полезной или появились вопросы -
пожалуйста, оставьте комментарий.

(ниже, через форму ВКонтакте, или через обычное комментирование)


10 комментариев
на “Наладка и исследование регулятора мощности”

  • Виктор ФилюкNo Gravatar:

    Статья заслуживает внимания.Мне например , очень интересна эта тема.Всячески поддерживаю автора.

    Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Согласен.
      Для меня ещё больная тема поднята — никак не могу научиться строить графики в Экселе))) Может, особой необходимости не было?

      Ответить
      • Alex SNo Gravatar:

        График — для меня это зрительное выражение цифрового хоровода. Строить графики просто. Была бы таблица. А уж таблица — это Ваш полет мысли! Возможно, особой необходимости и не было.

        Ответить
    • Александр/СамЭлектрикNo Gravatar:

      Ещё Алексей обмолвился в статье, что у него появился измеритель мощности (ваттметр).
      Хотелось бы почитать статью-исследование с применением этого прибора.

      Измерение разных нагрузок в разных режимах,
      Активная/реактивная нагрузки,
      Сравнение показаний со счетчиками электроэнергии,
      и т.п.

      Алексей, будет интересно!

      Ответить
      • Alex SNo Gravatar:

        Александр,
        То, что прозвучало в статье — пока все мои исследования по этому прибору. Конечно, в принципе это интересно, но это серьезное исследование и я один теперь уж заинтересуюсь с трудом, хотя возглавить энтузиастов еще получится, если таковые объявятся.
        С годами, к сожалению, энтузиазм можно сравнивать лишь с эротической страстью — пропорционально получаемому.

        Ответить
      • Alex SNo Gravatar:

        Ответы на интересующие вопросы наверняка уже есть у разработчиков прибора — исследовали вдоль и поперек. НО, слово за независимыми экспертами. Одно дело лаборатория, другое — практика!
        Чтож, СамЭлектрик — это как раз тот «полигон» для обкатки. Почему бы не объявить очередной Конкурс на эту тему? Спонсор, естественно, производитель/изготовитель/менеджер/дилер этого изделия/прибора.
        Удачи!

        Ответить
    • Alex SNo Gravatar:

      Виктор Филюк,
      А в чем интерес — в форме или в содержании? Мне важно.

      Ответить
  • Alex SNo Gravatar:

    Еще раз хочу порекомендовать Splan — удивительно просто рисовать схемы. А если добавить, что на русском, то я просто получал удовольствие.

    Ответить
  • Alex SNo Gravatar:

    Ну, на счет компьютерного моделирования блогер Александр несколько преувеличил!

    Ответить
    • Alex SNo Gravatar:

      Да, я имел непосредственный опыт компьютерного моделирования будучи в работе на ОРГРЭС в 80-90х. По части воздухоснабжения главных корпусов ТЭС. Правда, тогда и компьютеры были совсем другие, чем теперь. К сожалению, теперь они стали игрушкой в руках младых. Мозгов маловато, чтоб на благо науке!

      Ответить

Оставить комментарий

Отправляя комментарий, Вы соглашаетесь с Правилами комментирования.


Статьи от SamElectric.ru
Введите e-mail, чтобы получать новые статьи

Количество читателей

СамЭлектрик ВКонтакте

Подписывайтесь!
Будет интересно.
Самая полная коллекция даташитов в рунете