Свыше 15 лет я использовал устройство, описанное в статье С. Лукашенко "Регулятор мощности, не создающий помех" ("Радио", 1987, № 12, с. 22, 23), для регулирования мощности электронагревателя коптильни. В целом неплохая конструкция, но, к сожалению, не лишена недостатков. Во-первых, через нагрузку протекает пульсирующий ток, а это значит, что питать от регулятора можно только активную нагрузку. Во-вторых, в некоторых положениях переключателя SA1 через нагрузку протекает нечётное число полупериодов сетевого тока, что отрицательно влияет на нагрузку индуктивного характера, включённую в сеть. В-третьих, выявилась недостаточная надёжность устройства: несколько раз выходила из строя микросхема K176J1E5. Причин две: превышение напряжением тактовой частоты на входах элемента DD1.1 напряжения питания (на величину падения напряжения на диоде VD4), что не рекомендуется, и "обрыв" во входной цепи элемента DD1.4 (вывод 8) при переключении мощности - на время пролёта подвижного контакта переключателя SA1 этот вывод "повисает" в воздухе, что недопустимо. К недостаткам также следует отнести отсутствие индикации включения регулятора в сеть (несколько раз попадал впросак из-за неисправности сетевого удлинителя) и довольно большое собственное потребление тока: на диодном мосте VD5-VD8 и резисторе R1 рассеивается значительная мощность. Наконец, ограничение мощности нагрузки значением 2 кВт не позволяет использовать регулятор во многих случаях, имеющих место на практике.
Рис. 1
Для устранения названных недостатков схема была переработана (рис. 1). Блок питания усовершенствованного устройства выполнен бестрансформаторным с балластным конденсатором C1, резистор R3 ограничивает на безопасном для диодного моста VD2-VD5 уровне импульсы тока, возникающие при включении устройства в сеть. Выпрямленное напряжение стабилизируется параметрическим стабилизатором на стабилитроне VD6. Включение последовательно с ним светодиода HL1 позволило ввести индикацию включения, "сэкономив" при этом токоограничивающий резистор и несколько миллиампер выходного тока маломощного блока питания. Конденсаторы C2 и C3 - фильтрующие (C2 устраняет низкочастотную составляющую выпрямленного напряжения, С3 - высокочастотную, а также коммутационные помехи в цепях питания, возникающие при работе цифровых микросхем). Снижение потребляемого тока (по сравнению с прототипом) позволило уменьшить ёмкость оксидного конденсатора C2.
На резисторах R1, R2 и стабилитроне VD1 выполнен формирователь тактовых импульсов частотой 50 Гц (в отличие от прототипа, в котором их частота равна 100 Гц). Через эту цепь осуществляется также разрядка конденсатора C1 при отключении устройства от сети, что повышает электробезопасность устройства. Амплитуда тактовых импульсов почти на 2 В (падение напряжения на светодиоде HL1) меньше напряжения питания. Триггер Шмитта на элементах DD.1 и DD1.2 улучшает форму тактовых импульсов (рис. 2, диаграмма 1).
Рис. 2
Двоично-десятичный счётчик с дешифратором DD2 срабатывает по фронту тактовых импульсов, формируя на выходах положительные импульсы длительностью, равной периоду сетевого напряжения, сдвинутые один относительно другого на длительность периода. RS-триггер на элементах DD1.3 и DD1.4 срабатывает по фронту входных импульсов. При появлении на выходе 0 счётчика DD2 высокого уровня (рис. 2, диаграмма 2) RS-триггер переключается, и на его выходе (диаграмма 4) появляется такой же уровень. При этом открывается транзистор VT1, включается излучающий диод оптосимистора U1, и он переходит в проводящее состояние. В результате поочерёдно открываются включённые встречно-параллельно тиристоры VS1 и VS2: первый из них пропускает в нагрузку положительные полуволны сетевого тока, второй - отрицательные (диаграмма 5). Тиристоры открыты до тех пор, пока высокий уровень не появится на том выходе счётчика DD2, с которым соединён подвижный контакт переключателя SA1 (например, на выходе 3 - диаграмма 3). По фронту этого импульса RS-триггер выключается, и ток через нагрузку прекращается. Введение резистора R6 позволило избежать работы элемента DD1.4 с "висящим" входом.
Переключение тиристоров происходит в моменты, когда амплитуда напряжения сети не превышает 10 В, при этом помехи минимальны. При установке переключателя SA1 в положение "100%" RS-триггер не переключается, тиристоры открыты всё время и на нагрузке выделяется полная мощность.
При любом положении переключателя SA1 через нагрузку проходит чётное число полупериодов сетевого тока, чем исключается появление его постоянной составляющей. Это, а также применение двух встречно-параллельно включённых тиристоров позволило увеличить мощность нагрузки до 4 кВт, что достаточно для бытовых целей. Протекание через нагрузку переменного тока позволило включать в розетку XS1 нетолько активную, но и индуктивную нагрузку. Например, используя понижающий трансформатор, регулировать мощность низковольтной нагрузки - электронаващивателя, пасечного ножа для вскрытия сотов и т. п. (ранее для этой цели приходилось применять громоздкий и тяжёлый ЛАТР), а подключив к устройству вентилятор, регулировать частоту вращения его электродвигателя (при подаче напряжения он разгоняется, во время пауз - тормозится, в результате частота вращения снижается).
При изготовлении устройства была использована печатная плата (рис. 3 в упомянутой статье), с которой были демонтированы детали R1, VD1-VD4, C1.
Вновь вводимые детали размещены на фрагменте универсальной макетной платы размерами 20x55 мм, которая установлена вертикально на месте демонтированных деталей. Тиристоры VS1, VS2 смонтированы на теплоотводах с площадью охлаждающей поверхности 150 см2. Диоды VD7 и VD8 припаяны непосредственно к их выводам.
Конденсатор С1 - плёночный помехоподавляющий, его можно заменить двумя включёнными последовательно конденсаторами К73-17 ёмкостью 0,47мк с номинальным напряжением 630 В, резисторы R1 и R3 - МЛТ-0,5, остальные - любого типа.
Ток срабатывания оптосимистора не должен превышать 10 мА, а допустимое коммутируемое напряжение - не менее 500 В (этим требованиям отвечают MOC3052, MOC3053, MOC3062, MOC3063, MOC3082, MOC3083).
Налаживания устройство не требует.
Усовершенствованный регулятор мощности эксплуатируется более пяти лет, пока его работой доволен.
Автор: К. Мороз, г. Белебей, Башкортостан