Бюджетное образовательное учреждение Омской области

среднего профессионального образования

«Омский государственный колледж управления

и профессиональных технологий»

Профессия: «регулировщик радиоэлектронной аппаратуры и приборов»

РЕФЕРАТ
по дисциплине: «Электромонтажные работы»

на тему: «Регулятор мощности

со стабилизацией выходного напряжения»

Выполнили: Смолей Артем Александрович Студент гр. Р-43 Руководители: Новик Елена Павловна, мастер п/о, преподаватель спецдисциплин Охотникова Елена Витольдовна, преподаватель спецдисциплин

Омск – 2012

Содержание

Введение

Регуляторы мощности находят широкое применение в быту и промышленности: для регулирования мощности осветительных и электронагревательных приборов калориферы, ТЭНы, в системах «тёплый пол», асинхронных двигателях переменного тока электродрели, электронаждака, вентилятора.

При эксплуатации сетевого паяльника, осветительной лампы, электронагревателей и ряда других потребителей энергии, удобно иметь возможность управлять поступающей на них мощностью. Для таких устройств, как правило, не требуется иметь регулировку подаваемого напряжения от нуля. Ведь паять холодным паяльником невозможно, а у осветительной лампы при малом напряжении отчетливо заметен мерцающий эффект, что утомляет зрение. В быту часто оказывается очень полезным устройство, позволяющее регулировать яркость освещения, мощность нагревательного элемента, скорость вращения двигателя и т.д.

Регулятором мощности называется электронное устройство, пропускающее в нагрузку определенную часть каждого поступившего из сетевого напряжения полупериода. При этом происходит изменение среднего значения выходного напряжения. Регулятор мощности осуществляет регулировку от нуля при режиме «выключено» и до максимума, когда мощность эквивалентна прямому подключению к электрической питающей сети.

Самым простым регулятором мощности является обычный диод, который включается последовательно с нагрузкой. Подобное «регулирование» используется чаще всего для увеличения срока службы в лампах накаливания и с целью предотвращения перегрева паяльника. В других случаях фазовые регуляторы мощности используют для изменения в нагрузке мощности в широких пределах.

Идея выполнения этой работы обусловлена необходимостью работы в вечернее время. Собственного кабинета не имею, а мешать домочадцам не хочется. Имеющийся в наличии осветительный прибор с регулятором (китайского производства) быстро вышел из строя. Ремонтировать старый регулятор не хотелось из-за присутствия в нем мерцающего эффекта. А приобретать новый регулятор такого же качества смысла не имело.

Изучив различную литературу, из множества регуляторов выбрал подходящий по простоте сборки, и не дорогой по стоимости комплектующих.

Цель: собрать недорогой, несложный и работоспособный регулятор мощности.

Задачи работы:

1. 
   Изучить техническую литературу.
   
2. 
   Подобрать схему, материал, комплектующие радиоэлементы.
   
3. 
   Испытать регулятор мощности.
   
4. 
   Сравнить со сломанным регулятором, выявить достоинства.
   

1. Этапы сборки регулятора мощности

Необходимые материалы, устройства и инструменты

1. 
   Старая настольная лампа.
   
2. 
   Лист текстолита для изготовления каркаса под плату.
   
3. 
   Печатная плата.
   
4. 
   Клеящаяся пленка для оформления корпуса.
   
5. 
   Лампа накаливания.
   
6. 
   Комплектующие радиоэлементы для платы.
   
7. 
   Дрель.
   
8. 
   Мультиметр.
   
9. 
   Паяльник.
   

Этапы работы

1. 
   Создание проекта на бумаге.
   
2. 
   Электромонтажные работы.
   
3. 
   Слесарные работы.
   

Технические параметры регулятора мощности
Интервал входного напряжения 220-250 В

Мощность лампы накаливания 40-100 Вт

Габариты:

Высота 350 мм

Ширина площадки 130 х 140 мм

Максимальная мощность регулирования 2200 Вт

2. Обзор некоторых из имеющихся регуляторов мощности

2.1. Регулятор мощности с амплитуднофазовым управлением

Puc.1

Регулятор работает следующим образом. В начале положительного полупериода (плюс на верхнем по схеме проводе) тринисторы закрыты. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор. С1 заряжается через резисторы R2 и R3. Увеличение напряжения на конденсаторе отстает (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов R2 и R3 и емкости конденсатора С1. Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нем не достигнет порога открывания тринистора Д1. Когда тринистор откроется, через нагрузку Rн потечет ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого тринистора и Rн. Тринистор Д1 остается открытым до конца полупериода. Подбором резистора R1 устанавливают желаемые пределы регулирования. При указанных на схеме номиналах резисторов и конденсаторов напряжение на нагрузке можно изменять в пределах 40- 220 В. Мощность нагрузки может быть любой в пределах от 50 до 1000 Вт.

Вывод: Нет стабилизации напряжения, сложно приобрести тринисторы.

2.2. Регулятор мощности с фазоимпульсным управлением

Регулятор, схема которого показана на рис. 2, управляется автоматически сигналом Uynp. В регуляторе использованы два тиристора - тринистор Д5 и динистор Д7. Тринистор открывается импульсами, которые формируются цепочкой, состоящей из динистора Д7 и конденсатора С1. В начале каждого полупериода тринистор и динистор закрыты и конденсатор С1 заряжается током коллектора транзистора Т1. Когда напряжение на конденсаторе достигнет порога открывания динистора, он откроется и конденсатор быстро разрядится через резистор R2 и первичную обмотку трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки трансформатора откроет тринистор. При этом управляющее устройство будет обесточено (так как падение напряжения на открытом тринисторе очень мало), динистор закроется. По окончании полупериода триннстор выключится и с началом следующего полупериода начнется новый цикл работы регулятора.

Puc.2

Вывод: Схема хорошая, только трансформатор наматывать хлопотно.

2.3. Регулятор мощности

Вместо динистора в регуляторе можно использовать транзистор, работающий в лавинном режиме. Схема такого регулятора показана на рис. 3.

Puc.3

По принципу работы регулятор с транзистором, работающим в лавинном режиме, не отличается от предыдущего. Используемый транзистор типа ГТ311И имеет напряжение лавинного пробоя около 30 В (при сопротивлении резистора R3 равном 1 кОм). В случае применения других транзисторов - номиналы элементов R4, R5, С1 потребуется изменить.

В регуляторе (рис. 3) могут быть использованы и другие транзисторы, в том числе и структуры р-п-р, например П416. В этом случае нужно у транзистора Т1 (см. рис. 3) поменять местами выводы эмиттера и коллектора. Резистор R3 во всех случаях должен быть включен между базой и эмиттером. Напряжение на нагрузке регулируют переменным резистором R4.

Вывод: Нет стабилизатора, сложно приобрести транзистор типа ГТ311И.

2.4. Регулятор мощности с аналогом однопереходного транзистора

В регуляторе, схема которого показана на рис. 4, применен фазоимпульсный метод управления тринистором. В управляющем устройстве регулятора использован транзисторный аналог однопереходного транзистора (двухбазового диода).

Puc.4
При разомкнутых контактах выключателя В'2 действующее значение напряжения на нагрузке можно изменять в пределах от нескольких вольт до 110 В, а при замкнутых - от 110 до 220 В.

По принципу работы управляющее устройство описываемого регулятора не отличается от устройств на динисторе или лавинном транзисторе (рис. 2 и 3). Мощность, подводимую к нагрузке, регулируют переменным резистором R5.

Тринистор ДЗ и диод Д1 установлены на общем радиаторе площадью 50-80 см2. Резистор R1 составлен из двух резисторов мощностью 2 Вт.

Вывод: Схема не подходит, нет смысла устанавливать 2 регулятора имея возможность использовать схему с одним.

2.5. Регулятор мощности на симисторе

Описываемый регулятор построен по схеме фазоимпульсного регулирования с использованием симистора (симметричного тирнстора). Схема регулятора показана на рис. 5. В управляющем устройстве применен транзисторный аналог однопереходного транзистора n-типа.

Puc.5

При включении регулятора (выключателем В1) транзисторы Т1 ч Т2 закрыты и конденсатор С1 начинает заряжаться через резистор R4 (с помощью которого регулируют мощность, выделяемую на нагрузке Rн). Заряд продолжается до тех пор, пока напряжение на конденсаторе не превысит порог открывания транзистора Т1. В этот момент транзисторы открываются и переходят в режим насыщения. Конденсатор быстро разряжается через них на первичную обмотку импульсного трансформатора Тр1. Импульс тока со вторичной обмотки открывает симистор Д5. Порог открывания транзисторов определяется сопротивлениями резисторов делителя R2R3.

Импульсный трансформатор Тр1 намотан на кольце из феррита М2000НМ1-15 типоразмера К20х 12х6. Обмотка I содержит 50 витков, а II - 30 витков провода ПЭЛШО 0,25 мм. Конденсатор С1 - МБМ с рабочим напряжением 160 В.

Максимально допустимый ток нагрузки регулятора 5 А. Пределы регулирования напряжения от нескольких вольт до 215 В.

Вывод: Сложность в приобретении симистора (симметричного тирнстора) и изготовление трансформатора.

2.6. Регулятор мощности на тиристоре

PCR

R2

VD4

VD3

VD2

VD1

C1

R3

R1

Рис. 6
Вывод: Данный регулятор мощности недолговечен, вышел из строя тиристор, имеется мерцающий эффект при минимальном напряжении.

3. Регулятор мощности со стабилизацией выходного напряжения

3.1. Схема электрическая принципиальная

Рис. 6

3.2. Перечень элементов

Поз.обозн.	Наименование	Кол-во	Примечание
	Резисторы
R1	22 кОм	1
R2	51 кОм	1
R3	120 Ом	1
R4	6,2 кОм	1
R5	6,2 кОм	1
R6	100 кОм	1
R7	1,5 кОм	1
	Конденсатор
С1	1,0 пФ	1
VD1-VD4	Диод Д246	4
VD5	Тиристор КУ202К	1
VD6,7	Диод Д814Г	1
VT1	Транзистор КТ117К	1
	Печатная плата	1

3.3. Описание работы схемы

Для изготовления данного регулятора мощности необходимо: лист текстолита для изготовления каркаса под плату и самой платы, одна лампочка накаливания, старая настольная лампа, клеящаяся пленка для оформления корпуса, комплектующие радиоэлементы для монтажа платы, дрель для просверливания отверстий в плате и корпусе, мультиметр, радиодетали (транзистор, резисторы, конденсатор, диоды, тиристор), паяльник, болты с потайной головкой.

Проанализировав, выбрали из множества схем наиболее подходящую для сборки нашего регулятора. Схема со стабилизацией выходного напряжения проста в изготовлении, нет дорогостоящих или редких радиоэлементов, используются достаточно распространенные радиоэлементы, это позволяет не приобретать их в магазине, а использовать демонтированные, что дает возможность снизить стоимость. Имеется возможность не только регулировать, но и стабилизировать напряжение.

Приступаем к изготовлению и монтажу платы. Установили в определенном порядке все радиоэлементы на плату и запаяли. Соединили по схеме проводами нужные токоведущие части на плате. Осуществили визуальный контроль платы. Изготовили корпус под плату из расчета ее габаритных размеров и устойчивости готового изделия. Установили и закрепили стойку и абажур лампы в корпус, вмонтировали плату в корпус, закрыли нижнюю часть корпуса крышкой и закрепили болтами.

Особенностью нашего регулятора является способность стабилизировать напря­жение на нагрузке при изменении напряжения питающей сети. Управляющее устройство построено на однопереходном транзисторе по схеме фазоимпульс­ного регулирования.

Изделие эксплуа­тируется в темное время суток. При эксплуатации изделия нет особых требований безопасности, кроме общепринятых правил при пользовании любыми электробытовыми приборами.

4. Технологический процесс изготовления платы

4.1. Технические условия изготовления платы

1. 
   Изготовить плату методом травления в насыщенном растворе хлорного же­леза.
   
2. 
   Материал печатной платы – фольгированный текстолит СФ-1-1,5.
   
3. 
   Обезжирить плату перед началом травления растворителем (спирт гидролиз­ный).
   
4. 
   После травления промыть плату в проточной воде.
   
5. 
   Снять защитный слой рисунка печатной платы уайт-спиритом (растворите­лем).
   
6. 
   Время травления при температуре раствора 40-50ºС – от 15 до 25 минут.
   

4.2. Технология изготовления раствора хлорного железа

1. 
   В стеклянную посуду емкостью 200 см³ положить 150г хлорного железа.
   
2. 
   Залить емкость водой температурой 40-50єС до краев.
   
3. 
   Тщательно размешать раствор до полного растворения хлорного железа.
   
4. 
   Перед травлением платы нагреть раствор до 40-50єС.
   

4.3. Технологический цикл изготовления печатной платы

1. 
   Изготовление заготовки платы.
   

1. 
   Разметить контур платы по размерам.
   
2. 
   Выпилить плату по разметке.
   
3. 
   Обработать кромки наждачной бумагой.
   

2. 
   Нанесение рисунка на плату.
   

1. 
   Наклеить шаблон на заготовку платы.
   
2. 
   Накернить отверстия на плате по шаблону.
   
3. 
   Просверлить отверстия на плате.
   
4. 
   Удалить шаблоны с платы.
   
5. 
   Зачистить и обезжирить поверхность платы.
   
6. 
   Нанести рисунок при помощи лазерного принтера на глянцевую бумагу.
   
7. 
   С глянцевой бумаги рисунок отпечатать на плату (при подогреве).
   

3. 
   Травление платы.
   

1. 
   Залить раствор хлорного железа в стеклянную тару.
   
2. 
   Поместить заготовку платы в раствор.
   
3. 
   Помешивать раствор в процессе травления.
   
4. 
   Извлечь заготовку по окончании травления.
   

4. 
   Промыть плату в проточной воде.
   
5. 
   Контроль качества выполненной работы.
   

1. 
   Проверить соответствие рисунка платы с заданной топологией.
   
2. 
   Проверить печатные проводники на отсутствие разрывов и замыканий.
   
3. 
   Проверить кромки платы на отсутствие заусенец.
   

4.4. Технологический цикл монтажа платы

1. 
   Подготовить радиоэлементы к монтажу.
   
2. 
   Установить радиоэлементы на плату.
   
3. 
   Произвести механическое крепление выводов радиоэлементов.
   
4. 
   Произвести пайку выводов радиоэлементов на плате.
   
5. 
   Подготовить плату к техническому контролю.
   
6. 
   Осуществить визуальный контроль.
   

4.5. Технические условия

Монтаж производить припоем ПОС 61 с температурой жала паяльника 250-270єС, флюсом ФСК. Пайки промывать спирто-бензиновой смесью.

Сравнительный анализ
Таблица 1

Анализируемый объект	Мощность и напряжение при испытании	Время работы	Результат
Газонокосилка	1800 Вт 220 В	30 мин	Перегрева диодов и транзисторов нет
Паяльник	30 Вт 220 В	45 мин	Перегрева диодов и транзисторов нет
Лампа накаливания	60 Вт 220 В	120 мин	Перегрева диодов и транзисторов нет. Мерцающего эффекта нет

Таблица 2

№№	Мощность Р, Вт	Время работы t, час	Тариф Т,	Затраты электроэнергии С, руб.
1	60	2	2,50	0,30
2	30	2	2,50	0,15

Расчет затрат электроэнергии производили по формуле:

(С = А * Т), где работа А = Р * t.

А 1 = 0,060 * 2 = 0,120 кВт*час С 1 = 0,120 * 2,50 = 0,30 руб.

А 2 = 0,030 * 2 = 0,060 кВт*час С 2 = 0,060 * 2,50 = 0,15 руб.

При применении регулятора снижается мощность, что позволяет снизить затраты на потребление электроэнергии до 50%.

Таблица 3

Номер схемы	Особенности сборки	Выходные характеристики напряжения и мощности	Затраты
2.1	Нет стабилизации напряжения, сложно приобрести тринисторы	40…220 В 50…1000 Вт	≈ 57 руб.
2.2	Схема хорошая, но трансформатор наматывать хлопотно	220 В до 2200 Вт	≈ 45 руб. (без учета стоимости трансформатора)
2.3	Нет стабилизатора, сложно приобрести транзистор типа ГТ311И	220 В до 2200 Вт	≈ 43 руб.
2.4	Схема не подходит, нет смысла устанавливать 2 регулятора имея возможность использовать схему с одним, необходимо установка радиатора	до 110 В 110…220 В	≈ 45 руб.
2.5	Сложность в приобретении симистора (симметричного тирнстора) и изготовление трансформатора	ток нагрузки 5 А, до 215В	≈ 34 руб. (без учета стоимости трансформатора)
2.6	Мерцающий эффект, схема недолговечна	220 В до 60 Вт	≈ 40 руб.
3.1	Проста по комплектации и сборке	220 В 30…1800 Вт	≈ 25 руб.

Заключение

Тиристорные регуляторы с функцией стабилизации – это новый класс регуляторов, завоевывающих все большую популярность на российском рынке. Такой регулятор совмещает в себе несколько устройств: тиристорный регулятор, стабилизатор. В качестве стабилизируемой величины можно выбрать выходное напряжение, ток или мощность.

Собранный нами регулятор мощности был испытан нами сначала для регулирования скорости вращения двигателя при изготовлении «газонокосилки». Со своей задачей регулятор справился, но возникла необходимость в регуляторе мощности со стабилизацией напряжения. Еще раз изучив техническую литературу, мы убедились в выборе именно этого регулятора. Использовав эту же схему, подобрали материал, комплектующие радиоэлементы, собрали недорогой регулятор мощности со стабилизацией напряжения, испытали его, полученные результаты сравнили с его испорченным аналогом, выявили достоинства и недостатки. Результат сравнения нас удовлетворил, недостатков, с нашей точки зрения, обнаружено не было. Регулятор и в этом случае не подвел, при минимальном уровне накаливания лампы, мерцание не обнаружено. В результате испытания нами было отмечено дополнительное преимущество регулятора. Это – экономия электроэнергии до 50%.

Список литературы

1. 
   Гуляева Л.Н. Высококвалифицированный монтажник радиоэлектронной ап­паратуры учеб. пособие нач. проф. образования, повышенный уровень М.: Издательский центр Академия», 2007
   
2. 
   Журавлева Л.В. Электрорадиоизмерения: Учеб. пособие для нач. проф. об­разования – М.: Издательский центр «Академия», 2004
   
3. 
   Рутедж Д. Энциклопедия практической электроники Пер. с англ. – М.. ДМК Пресс 2002
   
4. 
   Макиенко Н.И. Слесарное дело с основами материаловедения. М.: «Высшая школа», 1976
   
5. 
   Журнал "Радио", 1974, № 5, С. 38-41.
   
6. 
   Журнал "Радио", 1972, № 7, с. 56.
   
7. 
   Журнал "Радио", 1972, № 9, с. 55.
   
8. 
   Регулятор мощности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.tda2000.ru/statti/sdelay_sam/opit_elekt/215
   
9. 
   Регулятор мощности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.elremont.ru/electrik/var_power1.php