Электрическое оборудование, используемое в повседневной жизни, постоянно улучшается и совершенствуется. Это касается и систем управления освещением, в которых помимо обычных выключателей появились диммеры. С помощью них осуществляется плавная регулировка мощности светильников.
Современный рынок представляет большое количество светорегуляторов, однако довольно часто требуется изготовить диммер своими руками под конкретный осветительный прибор. Нельзя сказать, что это слишком простая задача. Для ее выполнения необходимы элементарные знания электротехники и навыки работы с паяльником. Домашнему мастеру должны быть заранее известны принцип работы, общая конструкция и схема, по которой будет изготавливаться прибор.
Принцип действия регулятора освещения
Переменный ток, протекающий в электрической сети, в графическом выражении представляет собой синусоиду. Для изменения яркости свечения лампочки эту синусоиду нужно обрезать путем отсечения задней или передней части волны. Данную операцию выполняют тиристоры, которые содержит схема диммеров. Они снижают напряжение, поступающее на светильник, в результате, понижается его мощность и яркость свечения.
Для работы диммера используется следующая схема:
- Переменное напряжение на 220 В поступает из сети в регулирующее устройство. При наступлении в синусоиде положительного полупериода, электрический ток начинает протекать через один из диодов и резисторы, одновременно заряжая конденсатор.
- После того как значение напряжения достигнет уровня, достаточного чтобы пробить динистор, дальнейшее течение тока будет происходить через этот динистор и управляющий электрод, находящийся в симисторе.
- В результате прохождения тока симистор открывается, а лампы становятся подключенными к цепи и начинают светиться. При достижении синусоидой нулевой отметки, симистор будет закрыт. По такому принципу работает диммер для ламп накаливания.
- Далее синусоида входит в отрицательный полупериод, и прохождение тока через все элементы повторяется таким же образом, как и в положительном полупериоде.
- Важное значение имеет момент открытия симистора. Этот показатель находится в прямой пропорциональной зависимости с активным сопротивлением, присутствующим в схеме. Изменяющееся сопротивление оказывает непосредственное влияние на время открытия симистора в каждом полупериоде. За счет этого будет происходить плавное изменение потребляемой мощности, накала и яркости свечения лампочки.
При решении задачи, как сделать диммер своими руками следует учитывать, что в процессе работы приборов наблюдается генерация электромагнитных помех. Для снижения их отрицательного эффекта, схема диммера дополняется дросселем или индуктивно-емкостным фильтром.
Основные конструктивные элементы
Для того чтобы создать схему регулятора освещения, потребуется набор определенных деталей. Они позволяют собрать новое устройство или выполнить ремонт старого.
При сборке диммера часто используется регулятор мощности на симисторе, который широко известен как триодный симметричный тиристор или триаке, представляющем собой полупроводниковое устройство. С его помощью выполняются коммутации в цепях переменного тока на 220 В. Прибор оборудован двумя силовыми выводами для последовательного подключения нагрузки.
В закрытом состоянии симистор не проводит электрического тока, поэтому нагрузка оказывается выключенной. После подачи отпирающего сигнала, между электродами образуется проводимость, и ток вновь поступает к нагрузке. Основным параметром симистора считается ток удержания. Если ток, протекающий через электроды, будет превышать этот параметр, то симистор останется в открытом положении. Симистор считается основным регулирующим элементом, наиболее подходящим для ламп накаливания и других осветительных приборов. От его параметров зависит мощность подключаемой нагрузки.
Схема диммера включает в себя динистор, также относящийся к категории полупроводниковых приборов. Он представляет собой разновидность тиристора и обладает проводимостью в двух направлениях. Фактически динистор состоит из двух диодов, включенных навстречу друг другу.
В конструкцию диммера входят диоды, обладающие разной проводимостью, в зависимости от направления электрического тока. Проводящая часть состоит из двух электродов – катода и анода. Приложенное прямое напряжение вызывает открытие диода, а при обратном – диод закрывается. Схема дополняется неполярным конденсаторов, который можно включать в цепь не соблюдая полярность. Изменение полярности конденсатора допускается при эксплуатации в рабочем режиме.
В качестве пассивных элементов в конструкции диммера используются постоянные и переменные резисторы. У постоянных резисторов имеется точное значение сопротивления, а у переменных оно может изменяться. Их основной функцией является преобразование силы тока в напряжение и наоборот. Кроме того, они ограничивают ток и поглощают электроэнергию. Переменный резистор, известный как потенциометр, оборудован так называемым движком в виде подвижного отводного контакта. Роль индикатора в устройстве диммера исполняет светодиод.
Сборка рабочей схемы
Помимо деталей, задействованных в схеме, для сборки понадобится паяльник, припой, канифоль, соединительные провода и кусачки – все что необходимо, чтобы сделать диммер своими руками. Сам сборочный процесс может выполняться различными способами. Наиболее простым считается метод навесного монтажа, при котором соединение всех элементов в единое целое производится с помощью проводов. Жилы проводов зачищаются на нужную длину, а затем вместе с контактами деталей лудятся припоем с флюсом или канифолью.
Спаянные соединения изолируются, в противном случае попадание влаги или случайный неосторожный контакт могут вызвать короткое замыкание. Этим же способом диммер для светодиодов возможно собрать своими руками.
В более сложном варианте для сборки диммера используется подготовленная печатная плата, как правило, из фольгированного текстолита. Прибор, собранный этим способом, будет иметь небольшие размеры и может быть установлен вместо стандартного выключателя.
Самодельный диммер собирается на плате в следующей последовательности:
- На подготовленную плату наносится выбранная схема соединения. В отведенных местах сверлятся отверстия под выводы подключаемых деталей. Дорожки на плате прорисовываются нитрокраской, определяются монтажные площадки, где будет производиться пайка.
- На следующем этапе плата протравливается раствором хлорного железа. Она укладывается в посуду таким образом, чтобы обе стороны находились в растворе. Периодически раствор нужно помешивать, а плату – переворачивать. Ускорить процесс можно путем нагревания жидкости до 50-60 0 С.
- Далее плату следует выполнить лужение поверхности платы и промыть ее спиртом. В данном случае использование ацетона нежелательно.
- В готовые отверстия устанавливаются контакты деталей. Излишки концов отрезаются и каждая точка пропаивается. Это позволит в дальнейшем отремонтировать устройство, заменив неисправную деталь на новую.
- После припаивания потенциометра, готовое устройство нужно протестировать для лампочек. Схема проверяется с увеличенной и уменьшенной мощностью, в процессе проверки яркость света должна изменяться.
Основной функцией предлагаемой схемы является регулировка яркости свечения ламп накаливания, питаемых от электросети 220В. Печатная плата разработана таким образом, чтобы она помещалась в распределительную коробку, заменив собой стандартный выключатель освещения.
Без дополнительного радиатора схема может управлять нагрузкой до 200 Вт, а в случае применения дополнительного охлаждения, мощность лампы зависит в основном только от допустимого тока используемого симистора.
Регулирование яркости свечения ламп накаливания не является единственным применением данного устройства. Его можно также использовать для плавной регулировки мощности других потребителей переменного тока, а также для регулировки мощности коллекторных двигателей (например, дрели, шлифовальной машины). Схема может способствовать получению значительной экономии в потреблении электроэнергии.
Характеристики диммера для лампы накаливания
- максимальная нагрузка 2,5 кВт
- низкий уровень создаваемых помех
- возможность работы в качестве регулятор оборотов или как диммер для традиционных ламп накаливания
- размеры печатной платы: 55 х 55 мм
- питание: 220 вольт
Регулировка мощности потребителей переменного тока не является легким делом. Самым простым, но и одновременно наименее эффективным способом является применение сопротивления, включенного последовательно с нагрузкой. Однако при этом плавная регулировка мощности в данном случае практически невозможна.
Раньше частным случаем такого способа регулирования было включение термистора последовательно с лампой накаливания малой мощности, например, ночника. В этом случае использовались термисторы большой мощности, применяемые в ламповых телевизорах для защиты нитей накаливания от повреждения в момент включения питания. Это было довольно привлекательным решением, но в настоящее время, подобные термисторы трудно найти.
Другой, пожалуй, лучший метод регулирования мощности нагрузки 220В является применение автотрансформатора (ЛАТР). Это решение практически лишено недостатков, за исключением двух: высокой стоимости автотрансформатора и его больших размеров. Зато огромным преимуществом применения так называемых автотрансформаторв, является получение на выходе неизмененного синусоидального сигнала и возможность повышения или понижения напряжения.
Автотрансформатор, схема которого можно видеть на рисунке ниже, является бесценным инструментом в мастерской радиолюбителя. Он позволяет тестировать устройства, питаемых от электрической сети и проверять их устойчивость от перепадов питающего напряжения.
Мы же рассмотрим дешевую и простую схему, работающую по принципу фазного регулирования. Как видно, схема очень простая и состоит всего из нескольких элементов. Самым интересным из них является динистор DB3 (Diac). Применение именно этого элемента позволило разработать простую схему.
Принцип действия динистора заключается в следующем: он не проводит ток пока напряжения на нем ниже определенного порогового значения, как правило 12…20В. Однако, если это напряжение будет превышено, динистор начинает проводить ток пока напряжение не упадет до значения близкого к нулю. Второй, очень важной особенностью диака является тот факт, что полярность напряжения для него совершенно не имеет значения, что позволяет применять этот элемент в цепях переменного тока.
Действие этого полезного радиокомпонента лучше всего иллюстрирует следующий рисунок.
Давайте теперь обсудим работу нашего диммера. Анализ его работы мы начнем в момент перехода сетевого напряжения через ноль, когда напряжение на конденсаторе C1 также близко к нулю. Напряжение в сети начинает нарастать, заряжая конденсатор C1 через резистор R1 и потенциометр P1.
Понятно, что скорость заряда зависит от величины последовательно соединенных сопротивлений R1 и P1, и, следовательно, с помощью потенциометра P1 можно изменять эту скорость в широких пределах.
В какой-то момент напряжение на конденсаторе C1 достигает значения пробоя динистора. Динистор разряжает конденсатор через управляющий вывод симистора Q1. Симистор открывается, включая нагрузку замыкает цепь заряда конденсатора С1 предотвращает его перезарядку.
При следующем переходе напряжения через ноль, симистор выключается, конденсатор C1 снова начинает заряжаться, и весь цикл повторяется сто раз в секунду. Понятно, что чем меньше зарядится конденсатор C1, тем меньше по времени будет открыт симистор и соответственно меньшая мощность поступит на нагрузку.
Таким простым способом мы получаем плавную регулировку мощности практически от 0 до 99%. Работу схемы лучше всего иллюстрирует следующий рисунок. Дополнительные два элемента, дроссель D1 и конденсатор С2, служат для устранения серьезного недостатка схемы: генерации радиопомех помех.
В схему добавлен резистор R2 (его значение необходимо подобрать). Назначение данного резистора — поддерживать нить накала лампы в «теплом» состоянии. Это хороший способ увеличить срок службы ламп накаливания, которые чаще всего перегорают в момент их включения, поскольку холодная нить имеет низкое сопротивление. При использовании резистора R2 протекающий через лампу ток, ничтожно мал.
Внимание. Диммер во время работы находится под опасным для жизни напряжением сети 220 вольт! Монтаж и настройку производить только при полном отключении от сети. Если вы не уверены в своих силах, то попросите помощь в сборке данного устройства более опытного специалиста.
Диммер – электронное устройство, позволяющее управлять напряжением в нагрузке, а значит, и мощностью. Реализовать регулировку можно несколькими способами. Но наиболее распространён фазовый способ, суть которого состоит в управлении во времени моментом отпирания силового ключа (транзистора, тиристора). В сетях переменного тока лучше всего зарекомендовали себя диммеры на основе симметричного тиристора (симистора) в виде простой и недорогой конструкции. Как сделать диммер своими руками из доступных деталей, описано в этой статье.
Схема и принцип её работы
Практически все современные симисторные диммеры бытового назначения имеют общую элементную базу. Все остальные детали схемы выполняют дополнительные функции: осуществляют индикацию, способствуют стабильной работе на пониженном напряжении, делают регулировку более плавной и так далее.
Принцип действия симисторного регулятора рассмотрим на примере наиболее распространённой схемы диммера на 220 вольт, представленной на рисунке. Основной элемент схемы – симистор VS1. Он пропускает ток в обоих направлениях при появлении на управляющем электроде отпирающего импульса. Силовые электроды VS1 подключаются последовательно с нагрузкой. Поэтому ток нагрузки равен току симистора. В цепи управления силовым ключом расположен динистор VS2, открытое и закрытое состояние которого зависит от величины напряжения на его электродах. Элементы R1, R2 и С1 участвуют в цепи заряда конденсатора С1. Диод VD1 и светодиод LED образуют цепь индикатора включенного состояния. При включении диммера симистор закрыт и ток нагрузки не протекает. В момент появления очередной положительной или отрицательной полуволны сетевого напряжения через резисторы R1 и R2 начинает протекать ток. Конденсатор С1 заряжается со скоростью, которая определяется сопротивлением указанных резисторов. Ввиду того что напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно, образуется некоторый фазовый сдвиг между напряжением в сети и на С1. 
При достижении на конденсаторе напряжения равного напряжению срабатывания динистора (32В), последний открывается, что приводит к появлению импульса на управляющем электроде VS1 и его отпиранию. Через нагрузку протекает ток. Симистор находится в открытом состоянии до окончания полуволны (смены полярности) сетевого напряжения. Затем процесс повторяется.
За счёт изменения сопротивления R2 происходит увеличение (уменьшение) фазового сдвига. Чем больше сопротивление, тем дольше будет заряжаться конденсатор и тем меньше будет время открытого состояния симистора. Другими словами, вращение ручки регулятора приводит к изменению мощности в нагрузке.
Печатная плата и детали сборки
Для того чтобы собрать представленный диммер своими руками, потребуются следующие радиодетали:
- С1 – неполярный металлоплёночный конденсатор ёмкостью 0,022-0,1 мкФ-400В;
- R1 – резистор 4,7-27 кОм-0,25 Вт;
- R2 – переменный резистор со встроенным выключателем 0,5-1 МОм-0,5 Вт;
- VD1 – выпрямительный диод 1N4148, 1N4002 или аналогичные;
- VS1 – симистор BT136-600D или BT136-600E;
- VS2 – динистор DB3;
- LED – светодиод индикаторный.
Диммер в приведенной комплектации рассчитан на подключение электроприбора мощностью не более 500 Вт. Если мощность нагрузки превышает 150 Вт, то симистор крепят на радиатор. Печатная плата 25 на 30 мм доступна для скачивания здесь.
Область применения
В повседневной жизни диммер чаще всего применяют для регулировки яркости ламп освещения. Подключая его в цепь питания галогенных ламп, получают готовое устройство плавного розжига света, которое в разы продлевает срок службы осветительного прибора. Часто радиолюбители собирают диммер своими руками для регулировки нагрева паяльника. Регулятор мощности с увеличенной нагрузочной способностью можно использовать для изменения скорости вращения электродрели.
Запрещено подключать диммер к электроприборам, которые содержат электронный блок обработки сигнала (например, блок питания). Исключение составляют светодиодные лампы с возможностью диммирования.