Тиристорный регулятор мощности для группового обогрева пчел
Групповой весенний обогрев пчёл - вынужденная необходимость в Сибири. Это важно, если хозяина интересует результат его работы. Высокую эффективность и надежность дает технология фальшь-доньев с ТЭНами. Для безопасного использования электрообогрева надо применять низкое напряжение, подводимое от разделительного трансформатора. Мощность оборудования группового обогрева не маленькая и приближенно определяется из расчета 50Вт на семью. Для 20 семей потребуется силовой трансформатор не менее 1кВт. При напряжении 42 вольта ток может достигать 25 ампер. Ну или хотя бы 20 ампер. А поскольку интенсивность обгрева приходится менять, постольку нужен регулятор. Проще всего применить полупроводниковый вентильный, тиристорный или симисторный диммер. Если тиристорный, то понадобится силовой диодный мост. Но можно обойтись всего одним диодом.
Для построения регулятора напряжения питания весенних обогревателей для ульев, вполне подходит схема с половинным диапазоном регулирования. Встречное включение вентилей позволяет вдвое увеличить пропускную способность схемы по току в том же габарите полупроводника. А по сравнению с применением диодных мостов и тиристора это решение позволяет уменьшить потери мощности в диодах и дает выигрыш в несколько вольт. Схема устройства показана на рисунке. Силовой управляющий элемент – полупроводниковый триак (тиристор) КУ202, или более мощный Т122-25, включенный последовательно с нагрузкой R1. В схеме с фазовым управлением использован однопереходный транзистор. Тиристор и диод включены встречно-параллельно. Полупроводниковые вентили в старых корпусах изготовлены таким образом, что по отношению к корпусу аноды у них включены по-разному. При установке их на общий радиатор охлаждения оба элемента просто завинчивают в подготовленные отверстия, а контактный лепесток фиксируют гайкой.
Схема работает следующим образом. Переменное напряжение с трансформатора поступает через мощный предохранитель FU2. Одна полуволна напряжения попадает в нагрузку R1 через диод VD1. Тиристором VS1 регулируют вторую полуволну напряжения, используя импульсы с автогнератора, собранного на однопереходном транзисторе КТ117. Однополупериодный выпрямитель на диоде VD2 обеспечивает выпрямленное пульсирующее напряжение на стабилитронах VD3,4 синхронизирующее частоту автогенератора. Гасящий резистор R2 ограничивает ток стабилизации. Фазовый сдвиг импульсов управления обеспечивается за счет фазосдвигающей цепочки из конденсатора C1 и сопротивления цепи регулятора (R6+R7). Следует заметить, что за относительную простоту схемы приходится платить узким диапазоном регулирования напряжения. Кроме того, несколько выше окажутся потери мощности в силовом трансформаторе (группе трансформаторов). При малых углах управления и уменьшенной мощности в нагрузке, вследствие несимметрии положительной и отрицательной полуволн тока, трансформатор T1 оказывается в режиме подмагничивания постоянной составляющей тока. Это ухудшает его тепловой режим при максимальной нагрузке. Вместе с тем обеспечив некоторый запас установленной мощности, например, включив несколько однотипных трансформаторов параллельно, можно не только повысить надежность устройства в целом, но и облегчить тепловой режим обмоток и магнитопровода.
Допустимые предельные токи в диодах 242-245 равны 10 ампер. Для тиристоров 202 предел по току также 10 ампер, а этого бывает маловато, поэтому применение упрощеной схемы с введением встречно-параллельного включения диода с тиристором позволяет увеличить ток устройства примерно вдвое, по сравнению с таким же (КУ208Г) симисторным регулятором. Появляется возможность подключить обогрев к большему количеству ульев. Вместе с тем, учитывая невысокую стоимость и распространенность более мощных диодов и тиристоров (ДЛ112-25, Т122-25, Т122-50 и т.п.) не сложно перейти на следующую ступень, выбрав элементы с большими допустимыми токами. Схеме не показаны измерительные головки. Но в устройстве понадобится применение измерительных приборов, чтобы оценивать текущий режим. Поэтому надо озадачиться поиском электромагнитного амерметра на 20 ампер. Практика показала, что неплохие результаты дают старинные совдеп-приборы. А вот декоративные китайские головки с маркировкой ~20А оказыватся слабыми и плавятся.
Представленная схема типовая и хорошо описана в литературе, см. например книгу: Шелестов И.П. Радиолюбителям - полезные схемы. Книги 1-5 (1998-2003). Практическое повторение схемы регулятора, как правило, проблем не вызывает, а требования к элементной базе минимальны. Необходимо заметить, что обе рассмотренные схемы должны работать на напряжениях, отвечающих требованиям электробезопасности. Именно для этого в обогревателях и предусмотрено применение понижающих трансформаторов, например осветительных трехфазных, типа ТСЗИ.
Помимо рассмотренных, можно в регуляторе применить схему с диодным мостом и тиристором, включенным в диагональ моста, как показано на рисунке. Последовательно с тиристором включают нагрузку в виде нагревательного элемента. Здесь дополнительная мощность рассеивается в диодах. Поэтому их также прижется охлаждать. Например установить на мощные радиаторы. Учитывая, что токи потребления группой ТЭН довольно велики, диоды следует применить не слабые. Токи могут достигать значений 20-25 ампер, при наряжениях 42 вольта и выше. Нужно заметить, что в целом, схемотехника диммеров с фазовым регулированием очень не сложная. Схем в литературе много, можно выбрать любую. Можно также применять готовые китайские модули фазовых регуляторов, но в них установлены игрушечные охладители. По сути - это обман.
Кроме того, они стоят денег. Поэтому без вариантов, придется их переделывать. Оценить тепловыделение не сложно, в тиристоре падение напряжения редко бывает меньше 1,5 вольт. При токе 20 ампер в его корпусе придется рассеивать мощность около 30Вт. А это уже не шутка, понадобится довольно крупный ребристый радиатор. Не следует использовать в регуляторе напряжения совдеп-охладители, имеющие большую массу алюминия и малую охлаждающую поверхность. Это пустая трата денег.
Евгений Бортник, Краноярск, Россия, 2013