Своими руками

Наладка и исследование регулятора мощности

12 апреля 2017 г. в 11:45

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

Нагрузка

Параметр

Угол поворота, град.

0

45

90

135

180

225

270

290

Лампа накаливания 100 Вт

~U, В

0

0

20

71

124

176

219

224

~I, А

0

0

0,07

0,17

0,24

0,32

0,39

0,4

P, Вт

0

0

1,4

12,07

29,76

56,32

85,41

89,6

Pотн.

0

0

0,02

0,13

0,33

0,63

0,95

1

Pw, Вт

0

13,5

29

48

65

81,5

93

95

Pw отн.

0

0,14

0,31

0,51

0,68

0,86

0,98

1

Кипятильник 500 Вт

~U, В

0

0

28

70

121

173

214

218

~I, А

0

0

0,3

0,75

1,22

1,63

2,05

2,11

P, Вт

0

0

8,4

52,5

147,62

281,99

438,7

459,98

Pотн.

0

0

0,02

0,11

0,32

0,61

0,95

1

Pw, Вт

0

33

109

192

294

390

466

470

Pw отн.

0

0,07

0,23

0,41

0,63

0,83

0,99

1

Утюг 1000 Вт

~U, В

0

0

23

63

114

169

207

214

~I, А

0

0

0,045

1,23

2,02

2,88

3,57

3,7

P, Вт

0

0

1,035

77,49

230,28

486,72

738,99

791,8

Pотн.

0

0

0,00

0,10

0,29

0,61

0,93

1

Pw, Вт

0

46

176

316

488

662

780

791

Pw отн.

0

0,06

0,22

0,40

0,62

0,84

0,99

1

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 «Pwотн.» 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;
  • 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.

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.) — программа анализа и построения графика
  2. Простой регулятор мощности для паяльника
  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
  4. Alt-коды вывода спецсимволов

Статья опубликована в блоге «СамЭлектрик.ру»

Источник: Участник конкурса статей «СамЭлектрик.ру» Алексей Сидоркин

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Измерители параметров полупроводниковых приборов

Посредством таких приборов удается исследовать вольтамперные характеристики электронных компонентов, причем результаты можно получить как в виде табличных значений, так и в графическом представлении. На основе полученных данных автоматически вычисляются производные стандартные параметры, причем результаты контроля запоминаются и документируются. Приборы применяются повсюду, где требуется детальное изучение ВАХ, при анализе отказов, поиске причин брака, при разработке новых изделий или технологий, а также в научных исследованиях. Отдельной группой лежат специализированные приборы, например, особенно востребованные в производстве тестеры цифровых микросхем. Это компактные и удобные в обращении устройства, в памяти которых содержатся сведения о тысячах интегральных схем, что дает возможность быстрой проверки деталей, как в лабораториях, так и в сервисных центрах.
Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 21 февраля · Россия · г Москва
Измерители параметров полупроводниковых приборов

ПРОДАМ: Электронные компоненты

Компания ИНЕЛСО поставляет электронные компоненты (радиодетали): активные и пассивные составляющие части электронных схем (микросхемы, резисторы, конденсаторы, разъемы и др). В своей работе мы руководствуемся рядом принципов, которые позволяют нам гарантировать качество и надёжность поставляемых электронных компонентов: — ответственный подход к выбору поставщиков, каждый из которых проходит тщательную проверку прежде, чем мы начнём сотрудничество; — многоступенчатая система контроля качества входящих электронных компонентов; — неукоснительное выполнение требований к хранению, упаковке и транспортировке электронных компонентов Мы осуществляем поставки комплектации в любом объёме: от тестовой партии до промышленных масштабов.
Воронцова Марина · ИНЕЛСО · 20 февраля · Россия · г Санкт-Петербург
Электронные компоненты

ПРОДАМ: Секундомеры лабораторные

За счёт расширенной функциональности и прецизионной точности область применения лабораторных электронных секундомеров выходит ха рамки простого измерения временных интервалов. По сути, каждое подобное устройство представляет собой компактный стенд, с помощью которого можно проверять соответствие фактических значений паспортным, регулировать параметры электромагнитных и электронных реле, выключателей, замыкателей, контакторов, а также любых других устройств дискретного управления цепями постоянного и переменного тока. При этом контроль контактных групп возможен как в обесточенном режиме, так и с подачей испытательного потенциала. Посредством электронного секундомера можно с максимальной степенью точности оценить такие важнейшие параметры, как время срабатывания и отпускания, интервал перелёта контактов в группе и ряд других величин, непосредственно связанных с коммутационными возможностями тестируемых устройств. Приборы соответствуют общероссийским стандартам ГОСТ Р № РОСС RU.МЛ11.В01145, ТУ 4282-001-33865949-2009, ГОСТ Р МЭК 60065-2005, ГОСТ Р 51318.14.1-2006. и широко используются как при лабораторных исследованиях электротехнических устройств, так и при промышленных испытаниях релейной защиты, при наладке и проверке широкого класса средств коммутационного оборудования
Коваль Юлия · ПРОТЕХ · 21 февраля · Россия · г Москва
Секундомеры лабораторные

ПРОДАМ: Ячейка КРУ К59, КРУН К59 10 кВ наружная

Продадим ячейку К59 наружного исполнения. Состав ячейки: — вакуумный выключатель ВВ-СЭЩ-Э3-10-20/1000, — блок БМРЗ-КЛ-13-33-12, — измерительные трансформаторы, — электронный счетчик и т. д. Возможна переработка ячейки КРУ К59 согласно вашему опросному листу, её продажа без наружного корпуса. Осуществим монтаж ячейки на месте с дальнейшим эксплуатационным обслуживанием.
Хохлов Виталий · Разряд-М · 19 февраля · Россия · г Санкт-Петербург
Ячейка КРУ К59, КРУН К59 10 кВ наружная

ПРОДАМ: Силовые разъемы из каучука HLT Electric

Назначение – Предназначены для подключения электрооборудования и электроинструмента в сложных эксплуатационных условиях как внутри помещений, так и на открытом воздухе. Область применения – Применяются в производстве, строительстве и машиностроении, а также в быту, например, при подключении бытового электроинструмента на садовых и приусадебных участках. Материалы: – Материал корпуса: каучук; – Материал контактной группы: латунь. – Обращаем внимание: в наших изделиях мы используем только полнотелые латунные элементы. Преимущества: – Использование полнотелых латунных элементов препятствует перегреву изделия, обеспечивает долгий срок службы; – Каучуковый корпус изделия обладает высокой ударопрочностью и износостойкостью; – Длительная стойкость к температурным колебаниям: корпус изделия не деформируется при очень низких/высоких температурах; – Возможность эксплуатации в условиях повышенной влажности и запыленности (IP 44); – Плотноприлегающая крышка защищает изделие от попадания влаги и пыли; – Наличие на корпусе ребер препятствует соскальзыванию рук при разъединении розетки и вилки; – Наличие герметичного резинового сальника для ввода проводов различного сечения
Отдел продаж · ФАТО ЭЛЕКТРИК · 19 февраля · Россия · г Москва
Силовые разъемы из каучука HLT Electric
ООО «Копос Электро» — представительство чешской корпорации KOPOS KOLIN а.s. в Российской Федерации. Основным видом производства компании является электромонтажные изделия для кабельных систем. Количество изделий в серийных линейках продукции бренда KOPOS превышает 8 тысяч наименований.