Меню

Симисторный регулятор для вентилятора принцип работы

Управление скоростью вращения вентилятора с помощью Arduino и симистора

В микроконтроллерной технике обычно для плавного управления чем-либо (интенсивность свечения лампы, скорость вращения двигателя, вентилятора и т.д.) используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). И подобные проекты мы уже рассматривали на нашем сайте, например, управление яркостью свечения светодиода, скоростью вращения вентилятора. Но в данной статье мы рассмотрим способ управления скоростью вращения вентилятора переменного тока с помощью платы Arduino и симистора (TRIAC).

Внешний вид проекта управления скоростью вращения вентилятора с помощью Arduino и симистора

Предупреждение : в рассматриваемом проекте используется работа с напряжением переменного тока 220 В, которое очень опасно для здоровья человека если не соблюдать требуемых мер безопасности. Будьте осторожны, не прикасайтесь голыми руками к компонентам проекта, которые могут оказаться под напряжением 220 В.

Необходимые компоненты

  1. Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
  2. Оптопара 4N25 (для детектора перехода через ноль) (купить на AliExpress).
  3. Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
  4. Оптопара MOC3021 (купить на AliExpress).
  5. Понижающий трансформатор (0-9)V, 500 mA (купить на AliExpress).
  6. Симистор (TRIAC) BT136 (купить на AliExpress).
  7. Вентилятор переменного тока на 220 В.
  8. Соединительные провода.
  9. Резисторы (купить на AliExpress).

Принцип управления вентилятором переменного тока с помощью Arduino

Данный принцип управления мы разделим на следующие 4 части:

  1. Детектор перехода через ноль.
  2. Схема управления углом сдвига фаз.
  3. Потенциометр для управления скоростью вращения вентилятора.
  4. Схема генерации ШИМ сигнала.

Рассмотрим эти этапы более подробно.

1. Детектор перехода через ноль

В нашей домашней сети напряжение переменного тока составляет 220 В, которое изменяется с частотой 50 Гц. Полярность этого сигнала периодически изменяется: в первой половине периода ток течет в одном направлении – возрастает, достигает своего максимального значения, и затем снова уменьшается до нуля. Затем в следующем полупериоде ток начинает течь в обратном направлении (отрицательном), достигает своего максимума и затем снова возвращается к нулю. Для управления скоростью вращения вентилятора нам необходимо будет управлять пиковыми значениями тока в обоих полупериодах. Для этого нам необходимо будет знать точку перехода через ноль (zero voltage crossing) сигнала.

На рисунке ниже представлена схема детектора перехода через ноль, которая как раз и предназначена для обнаружения этой самой точки. В этой схеме на первом этапе напряжение понижается с 220 В до 9 В с помощью понижающего трансформатора и затем оно подается на контакты 1 и 2 оптопары 4N25. В составе оптопары 4N25 есть светодиод, который подключен к ее контактам 1 и 2. Следовательно, когда напряжение переменного тока приближается к нулю, светодиод в составе оптопары выключается, транзистор оптопары закрывается и на выходе схемы будет напряжение 5V. А когда напряжение переменного тока достигает своего максимума, светодиод в составе оптопары загорается, транзистор оптопары открывается, и на выходе схемы будет напряжение 0V. Таким образом, сигнал с выхода этой схемы можно непосредственно подавать на плату Arduino и с ее помощью можно будет обнаруживать эти переходы напряжения переменного тока через ноль.

Схема детектора перехода через ноль

2. Схема управления углом сдвига фаз

После обнаружения момента перехода сигнала через ноль нам необходимо будет управлять промежутками времени, в течение которых на двигатель вентилятора необходимо будет подавать напряжение, и промежутками, в течение которых на двигатель вентилятора не надо будет подавать напряжение (интервалы ON и OFF). Таким образом, мы получим своеобразный ШИМ сигнал, с помощью которого будет происходить управление скоростью вращения вентилятора. Для формирования этого сигнала в нашем проекте мы будем использовать симистор BT136, который отлично подходит на роль электронного переключателя мощности для сигнала переменного тока.

Симистор (TRIAC) представляет собой переключатель переменного тока с 3 контактами, который можно переключать сигналом небольшой мощности, подаваемым на его вывод затвора (управляющий контакт). При этом в отличие от тиристора, который управляет переключением мощности только в одном направлении, с помощью симистора можно управлять переключением мощности в двух направлениях.

Принцип управления симистора переменным током показан на следующем рисунке.

Принцип управления симистора переменным током

Как показано на рисунке, мы можем переключать, к примеру, симистор на угле 90 градусов при помощи подачи отпирающего импульса на его управляющий вывод. В этом случае мы будем подавать ток на лампу только в половине времени положительной полуволны сигнала (на графике время t1), соответственно, лампа будет гореть вполовину мощности. Уменьшая или увеличивая это время мы можем заставить лампу гореть ярче или тусклее.

Частота сигнала переменного тока в нашей сети составляет 50 Гц, соответственно, период сигнала равен 1/f =20 миллисекунд. Значит, половина периода будет равна 10 мс. Поэтому мы можем изменять время t1 на приведенном графике для управления яркостью свечения лампы переменного тока в диапазоне от 0 до 10 мс (10000 мкс).

Оптопара

Оптопару также называют оптроном или оптоизолятором. Она используется для обеспечения изоляции (развязки) между двумя электрическими цепями, одна из которых, к примеру, работает с переменным током, а другая – с постоянным. Оптопара состоит из светодиода, который излучает инфракрасный свет, и фотодатчика, который обнаруживает этот свет. В нашем случае мы использовали оптопару MOC3021.

Читайте также:  Схемы регуляторов оборотов коллекторных двигателя 12в

На следующем рисунке представлена схема соединения оптопары MOC3021 и симистора.

Схема соединения оптопары MOC3021 и симистора

3. Потенциометр для управления скоростью вращения вентилятора

Внешний вид потенциометра

В нашем проекте для управления скоростью вращения вентилятора переменного тока мы использовали потенциометр. Как мы знаем, потенциометр имеет 3 вывода и работает фактически как делитель напряжения, обеспечивая на своем среднем контакте выход изменяющегося напряжения. Сигнал с этого выхода подается на аналоговый контакт платы Arduino, которая измеряет напряжение этого сигнала и использует это значение напряжения для управления скоростью вращения вентилятора.

4. Схема генерации ШИМ сигнала.

На заключительном этапе импульс ШИМ сигнала подается на симистор, с помощью которого происходит его отпирание/запирание, и, соответственно, симистор производит управление скоростью вращения вентилятора путем регулировки количества мощности, подаваемого на него. ШИМ сигнал формируется платой Arduino. Более подробно о формировании ШИМ сигнала с помощью платы Arduino можно прочитать в этой статье.

Схема проекта

Схема управления скоростью вращения вентилятора с помощью платы Arduino и симистора представлена на следующем рисунке.

Схема управления скоростью вращения вентилятора с помощью платы Arduino и симистора

Примечание : мы использовали сборку схемы проекта на макетной плате только для демонстрации возможностей проекта. Вы ни в коем случае не должны подавать напрямую напряжение 220 В на вашу макетную плату. Как видно из представленного ниже рисунка, для сборки той части схемы, которая работает с напряжением 220 В, мы использовали отдельную перфорированную плату.

Внешний вид конструкции нашего проекта

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

В нашей схеме используется ШИМ сигнал для управления скоростью вращения вентилятора. На нашем сайте вы можете посмотреть все проекты, в которых использовался ШИМ сигнал.

Первым делом в программе мы должны объявить все используемые переменные. В нашей схеме симистор BT136 подключен к контакту 6 платы Arduino. А в переменной speed_val мы будем хранить значение скорости вентилятора.

Источник

Схемы подключения и выбор регулятора скорости вращения вентилятора: обзор лучших моделей и их стоимость

Вентилятор очень часто используется во многих бытовых приборах. Чтобы этот аппарат прослужил долго, применяется регулятор скорости вращения вентилятора. Он помогает установить нужную скорость вращения лопастей. Этот прием снижает шум прибора и продлевает срок его службы.

Регулятор скорости вентилятора

Что из себя представляют регуляторы скорости вращения вентилятора?

Регулятор скорости (его еще называют контроллер) помогает снизить обороты, когда это необходимо, либо увеличить их. По существу, он изменяет напряжение, подающееся на устройство. Этот небольшого размера прибор подсоединяется к оборудованию по специальной схеме.

Зачем нужен?

Если вентилятор постоянно работает на максимальной мощности, это уменьшает срок его службы. Прибор быстро изнашивается и ломается.

Функции регулятора скорости вращения:

  • уменьшение износа механизмов,
  • снижение шума,
  • экономия электроэнергии.

Как работает: принцип действия и устройство

Принцип работы регулятора скорости состоит в том, чтобы изменять напряжение и частоту оборотов двигателя. Это влияет на воздухообмен и изменяет мощность воздушного потока.

regulator

Для управления скоростью могут использоваться разные методы:

  1. Изменение напряжения, подающегося на обмотку.
  2. Изменение частоты тока.

Второй метод почти не используется, так как частотные приводы очень дорого стоят, во много раз больше самого вентилятора, и не всегда целесообразно их приобретать. В основном, практикуется первый способ.

princip

Виды регуляторов оборотов

По принципу регулирования скорости различают несколько видов регуляторов:

Симисторный регулятор наиболее распространенный, он может охватывать даже не один, а несколько двигателей. Главное, чтобы величина тока не превышала предельную величину.

Частотные модели могут быть использованы в любых пределах от 0 до 480 В, их применяют для трехфазных двигателей вентиляторов мощностью до 75 кВт.

Трансформаторные регуляторы применяются для более мощных вентиляторов. Они однофазные или трехфазные, позволяют плавно снижать скорость оборотов, могут регулировать несколько вентиляторов.

Схемы подключения регуляторов оборотов вентилятора

Рассмотрим схемы подключения различных регуляторов.

Самым распространенным прибором является симисторный или тиристорный контроллер. Его можно подключить самостоятельно, используя схему. Каждый из тиристоров уменьшает напряжение. Регулировка производится при помощи блока управления. Мощность прибора ограничена, большого напряжения он не выдерживает.

chema

Важные моменты:

  • Двигатель вентилятора должен иметь защиту от перегрева.
  • Нельзя использовать в качестве регуляторов диммеры от осветительных приборов.

Трансформаторный регулятор имеет следующий принцип работы:

На входе — питающее напряжение 220 В. Обмотка имеет несколько ответвлений, к которым подключается нагрузка, и тогда напряжение уменьшается. При понижении напряжения снижается и потребление электроэнергии. С помощью переключателя мотор подключается к нужной части обмотки и тогда напряжение меняется.

Трансформатор с электронным управлением работает по другой схеме. Он имеет транзисторную схему, и, модулируя импульсы, может менять напряжение плавно. Чем короче импульсы и длиннее паузы между ними, тем меньше напряжение.

Читайте также:  Схема регулятора реактивной нагрузки

chema2

Ступенчатый трансформаторный регулятор

В работе этого прибора используется трансформатор. Это обычный трансформатор, только у него одна обмотка и от части витков есть отводы.

Управление регулятора осуществляется путем ступенчатого изменения напряжения. На низких скоростях уровень шума понижен.

Обычно используется пять ступеней напряжения, то есть вентилятор будет иметь пять скоростей вращения. Такой регулятор можно использовать и для реверсивных вентиляторов, и для нескольких аппаратов одновременно. Максимальная мощность вентилятора должна быть не более 80 Вт.

Автотрансформатор с электронным управлением

Эти модели относятся к разряду наиболее надежных и мощных. По цене это наиболее дорогой прибор. Он имеет небольшие габариты и вес.

Работает такой регулятор по принципу широтно-импульсной модуляции. Изменения импульсов и пауз между ними дает изменение напряжения и, соответственно, скорости вращения вентилятора.

Прибор имеет пониженный уровень шума, скорость оборотов может понижаться или повышаться ступенчато, в соответствии с понижением или повышением напряжения.

Тиристорные и симисторные контроллеры

Это самые распространенные приборы для регулировки вращения вентиляторов. Они используются для однофазных вентиляторов переменного тока. Тиристорный контроллер изменяет скорость вращения в большую или меньшую сторону в зависимости от изменения напряжения. Может быть установлен в приборах, где есть защита от перегрева.

Симисторный регулятор — это разновидность тиристорного. В нем используется симистор, который равен двум параллельно включенным тиристорам. Приборы могут применяться как для переменного, так и для постоянного тока. Скорость регулирования — от минимально необходимого напряжения до 220 В.

Они имеют небольшой размер и плавно переключают скорость, имеют простую конструкцию. К недостаткам можно отнести повышенный шум и небольшой срок службы.

Производители и популярные модели: рейтинг лучших и цены

Трансформаторные и автотрансформаторные

Пятиступенчатый регулятор высокой степени надежности. Выполнен из высококачественных материалов. Напряжение изменяется ступенчато, что дает возможность так же изменять скорость и экономить электроэнергию. Максимальная мощность — 300 Вт, вес — 1,5 кг, производитель — Италия. Цена — 2800 руб.

ELICENT RVS

Пятиступенчатый реверсивный регулятор. Выполнен по новейшим технологиям из материалов высокого качества. Отличается надежностью и долговечностью. Используя этот прибор, вы можете увеличивать или уменьшать его мощность, что дает возможность значительной экономии энергии. Максимальная мощность — 300 Вт, вес — 1,5 кг, напряжение — до 230 В. Цена — 2800 рублей.

ELICENT RVS-r

Нереверсивный универсальный регулятор вращения имеет следующие функции: включение/выключение вентилятора, четыре возможных режима скорости. Подходит для всех моделей вентиляторов Westinghouse. Изготовлен из пластика, гарантия производителя — 2 года. Цена — 2150 рублей.

Westinghouse RWC

Трансформаторный 5-ступенчатый регулятор может работать при максимальном напряжении до 230 В, рабочий ток — 2А. К несомненным преимуществам этого устройства можно отнести наличие встроенной лампы сигнализации, а также возможность автоматического включения прибора после отказа сети. Вес — 2,2 кг, производитель — Германия. Цена — 6100 рублей.

R-E-2G 230B,2A

Данная модель отличается высокой эффективностью и надежностью. Изготовлен из белого прочного пластика. Регулировка производится ручкой управления от минимального до максимального значения. Максимальное напряжение — 230 В, номинальный ток — 1,8 А. От перегрузки защищен плавким предохранителем. Цена — 1800 рублей.

VENTS PC-1-400

Тиристорные и симисторные

Симисторный регулятор скорости вращения предназначен для плавного изменения скорости однофазных асинхронных двигателей. Регулирование возможно от минимального значения напряжения, при котором вентилятор начинает вращаться, до 220 В. Имеет предохранитель, защищающий от перегрузки. Для снижения шума от двигателя установлен сглаживающий конденсатор. Цена — 3943 рубля.

crm

Однофазный тиристорный регулятор скорости предназначен для плавного переключения скорости вентилятора со встроенной термозащитой. Изготовлен из качественного АБС-пластика, устойчивого к ультрафиолетовым лучам. Производитель — Дания. Напряжение может меняться от 0 до 230 В. Регулирование производится вручную. Цена — 2061 рубль.

SRE-2,5

Systemair MTY REE 1

Этот аппарат предназначен для ручного регулирования скорости вентилятора и расхода воздуха, для двигателей с постоянной мощностью. Преимуществом этой модели является возможность как открытого, так и скрытого монтажа. Имеет защиту от брызг и может быть установлен, например, в ванной комнате. Может быть подключено несколько приборов, при условии, что суммарный ток не превышает номинального значения. Масса — 0,25 кг. Мощность — до 230 В. Цена — 2858 рублей.

Systemair MTY REE 1

Однофазный тиристорный регулятор скорости итальянского производителя. Предназначен для плавного регулирования скорости вентилятора. Выполнен из высококачественных материалов. Несомненные плюсы этого прибора — возможность наружного и встраиваемого монтажа, специальная защитная крышка, имеется конденсатор точной настройки для управления вентилятором на минимальной скорости. Напряжение — 230 В. Цена — 1600 рублей.

ELICENT R-10 BUILT-IN-1A

Какого производителя и какой тип лучше выбрать: ТОП-3

Из вышеперечисленных моделей можно выделить некоторые, как имеющие какие-то отличительные особенности.

  1. R-E-2G 230B,2A. Модель трансформаторного регулятора производства Германии. Высокая стоимость (от 6100 рублей) оправдана некоторыми преимуществами перед другими устройствами. Прибор имеет лампу сигнализации, которая показывает, что он включен или выключен. Можно подключить к управлению один или несколько вентиляторов. Включается автоматически при отключении сети.
  2. Systemair MTY REE 1. Интересен тем, что имеет возможность универсального монтажа: как наружного, так и внутреннего. Также в этой модели предусмотрена защита от брызг, и он может быть установлен в ванной комнате. Стоимость — 2858 рублей, страна-производитель — Швеция.
  3. ELICENT R-10 BUILT-IN-1A.Этот регулятор имеет много дополнительных функций и невысокую цену (1600 рублей). Итальянский производитель предусмотрел возможность наружного и встраиваемого монтажа, наличие защитной крышки. Имеет специальный конденсатор для управления вентилятором на минимальной скорости.
Читайте также:  Комнатный регулятор температуры для теплых полов

Что учитывать при выборе устройства?

При выборе прибора следует учитывать некоторые особенности. Обязательно нужно, чтобы данный тип подходил к вашему вентилятору. Есть и другие моменты, которые нужно учесть.

  • У некоторых регуляторов предусмотрена возможность подключения нескольких вентиляторов.
  • Некоторые модели имеют дополнительные функции.
  • Если электродвигатель вентилятора на 220 В имеет термозащиту, то нужно использовать тиристорный регулятор.
  • Приобретая регулятор, посмотреть его технические характеристики, сравнить с другими моделями.
  • Оценить размеры контроллера, его стоимость, способ монтажа.

Три лучших модели

  1. Systemair REE. Однофазный тиристорный регулятор шведского производителя пользуется большой популярностью. Допускается использование для нескольких вентиляторов, если общее напряжение не превышает номинального значения. Прибор отличается качеством и надежностью, может устанавливаться как на поверхности, так и заподлицо. Стоимость — 4120 рублей.

Systemair REE

VENTS РС -1-300

rvs

Стоимость

Стоимость регулятора скорости вращения вентилятора будет зависеть от его параметров, технических характеристик, наличия дополнительных функций, а также страны-производителя.

Название модели Стоимость, руб
ELICENT RVS/R 3V-0,5A 2800
Westinghouse RWC-14-х ступенчатый 2150
R-E-2G 230B,2A 6100
Реверсивный ELICENT RVS/R 5V-0,5A 2800
VENTS PC-1-400 1800
СРМ2, 2А 3943
Systemair MTY REE 1 2858

Где купить регулятор скорости вращения вентилятора?

В Москве

  1. Компания «Азбука ветра», Москва, ул.Стахановская 24/32Ас9, 7(495)725-52-12, azbukavetra@mail.ru
  2. Компания RUCLIMAT, Москва, ул.Дубнинская, д.83, 7(495)645-83-97, sale@ruclimat.ru
  3. Компания климатической техники «РусСтройИнжиниринг», Москва, ул.Большая Калитниковская, д.42, 7(495)780-99-10, info@rs-climat.ru

В Санкт-Петербурге

  1. Компания «Лисвент», Санкт-Петербург, Выборгское шоссе, 212 к.8, 7(812)454-01-05, 9363605@mail.ru
  2. Компания «Циклон СПб», Санкт-Петербург, ул.Коллонтай, д.5, 7(812)932-72-96, shop@cyclonespb.ru
  3. Интернет-магазин «ТЭК», Санкт-Петербург, ул.Тамбасова, д.12, офис 47, 7(812)642-80-05, teplo@teplo-spb.ru

Вентилятор используется во многих устройствах, он применяется и в бытовой, и в офисной технике, и в промышленности. Такое устройство, как контроллер или регулятор скорости, может продлить срок службы оборудования, контролировать его, а также выбирать оптимальный режим работы.

Источник



Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора-1

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора выполняет функцию плавного изменения скорости вентилятора, которое выполняется при помощи установленного потенциометра.

Не сложная принципиальная схема данного устройства, предназначена для конструирования прибора регулировки скорости вращения напольного вентилятора. Печатная плата изготавливалась с таким расчетом, чтобы свободно вместилась в корпус зарядного устройства для телефона. Компактно выполненная конструкция дала возможность добавить туда еще клеммы от стандартной электрической розетки.

Принципиальная схема прибора:

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора-2

Предложенная здесь система регулировки выполнена по схеме стандартного регулятора фазы. Ну это можно сказать, что приблизительно. Вначале у меня были попытки организовать управление вентилятором с помощью не сложной схемы. В которую были включены такие полупроводниковые приборы как, двух электродный тиристор (динисторы) и симметричный тиристор «симистор», но она мне не понравилась. Так как правильного управления скоростью у меня не получилось. Потом стал тщательнее разбираться, в чем причина некорректной работы устройства.

А оказывается все было элементарно. В напольном вентиляторе используется асинхронный двигатель, в принципе это всего лишь навсего две катушки индуктивности. Если вспомнить лекции по физике, то становится ясно, что в катушках индуктивности приложенное напряжение всегда опережает токовую фазу на 90 градусов. Работа симистора происходит в следующей последовательности. На управляющий вывод подается напряжение, причем независимо какой полярности, при превышении мощности сигнала определенного порога — открывается симистор. Удерживается открытое состояние проходящим через него ток нагрузки. Поэтому для нормальной регулировки, необходимо было управляющую фазу сдвинуть на 90 градусов относительно входящего напряжения и тогда получится плавная регулировка.

Для меня легче всего это было сконструировать на микросхеме PIC10F222, которая является недорогим, высокопроизводительным, 8-битным микроконтроллером, причем изготовлен он совершено на статической основе флэш-CMOS.

Кстати, устройство для программирования микроконтроллеров (программатор) вполне можно изготовить по схеме показанной ниже:

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора-3

Симисторный регулятор скорости вращения вентилятора-4

Передача данных осуществляется через COM-порт. Напряжение питания схемы получает от источника 5v, которое можно снять с портов USB либо PS/2.

Чтобы изменять количество оборотов вентилятора, в промышленности используются преобразователи частоты. С их помощью можно повышать либо снижать частоту вращения вентилятора. Но ввиду дороговизны такого устройства в бытовых условиях его применение не целесообразно.

Прошивка и печатная плата: Скачать

Источник