Применение симисторов в системах освещения и управления нагрузкой

Введение в системы освещения с симисторами

Симисторы, или симметричные тиристоры, являются полупроводниковыми приборами, которые используются для управления электрическим током в различных системах. Они имеют широкий спектр применений, включая системы освещения и управления нагрузкой. Особо актуальны симисторы в системах освещения, так как способны управлять яркостью световых источников плавно и без мерцания, что делает освещение более комфортным для глаз (такие устройства на базе симисторов называются диммеры).

Регулировка яркости с помощью симисторов

Симисторные регуляторы освещения (диммеры) получили широкое распространения за счет низкой стоимости, разнообразия готовых устройств и легкости монтажа в имеющиеся электрические схемы систем освещения. Регулировка осуществляется путем фазового регулирования (изменения угла открытия симистора), за счет которого часть синусоиды отсекается.

Применение симисторов в различных типах освещения

Чаще всего симметричные тиристоры используются в энергосберегающих источниках освещения, в частности — в диммерах. Это специальные устройства на базе симисторов, которые плавно меняют мощность светового потока, регулируя уровень освещенности. Это позволяет продлить срок службы осветительных приборов и уменьшить потребление электроэнергии.

Также симисторы используются для регулирования интенсивности свечения таких осветительных приборов, как лампы накаливания и галогеновые лампы.

Управление нагрузкой с помощью симисторов

Симисторы широко применяются в области электроники управления. Эти полупроводниковые приборы используются для управления нагрузкой, работающей на синусоидальном токе. В электронике симистор фактически является аналогом реле, однако лишен главного его недостатка — чрезмерного износа подвижных деталей. Это позволяет использовать симисторы в высокомощных устройствах, так как они практически не подвержены износу.

Схемы на базе симметричного тиристора позволяют управлять следующими устройствами:

Коллекторный двигатель, работающий от синусоидального тока (но только при наличии таходатчика, отслеживающего частоту вращения). Такой двигатель присутствует, например, в стиральной машине,
Асинхронный двигатель (для управления необходимо применение низкочастотного фильтра, т.к. симметричный тиристор не работает на высоких частотах),
Электроинструмент,
Бытовая техника (в частности — нагревательные приборы).

Технические аспекты проектирования

При проектировании электрических схем на симметричных тиристорах обращают внимание на следующие параметры:

Максимальное напряжение — это значение, при котором гарантируется нормальная работа симистора (с тем условием, что температура устройства и окружающей среды находится в рамках заявленного производителем диапазона).
Максимальное повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии. При превышении этого значения возникнет пробой, и симистор может выйти из строя.
Максимальный кратковременный импульсный ток в открытом состоянии. Параметр отражает, какое максимальное значение тока может выдержать симистор в течение заявленного производителем времени.
Минимальный постоянный ток управления.
Отпирающее напряжение управления. Значение, при котором достигается минимальный постоянный ток управления.
Критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии.
Критическая скорость нарастания тока в открытом состоянии.
Время включения.
Пределы рабочих температур (указываются производителем конкретного симистора).
Корпус (от него зависит температурный диапазон работы симистора. В некоторых случаях необходимо крепление к радиатору).

Практические схемы и примеры

Применение диммеров актуально в сфере жилищно-коммунального хозяйства, в частности — для освещения лестничных площадок и подъездов. В этих случаях они комбинируются с датчиками движения и освещенности и могут использоваться для регулировки яркости в зависимости от времени суток и от движения человека.

В состав классического регулятора яркости входят:

симметричный тиристор,
симметричный динистор (нерегулируемый тиристор),
RC-цепь (резистор/нагрузка и конденсатор). Именно от нее зависит величина регулирования освещенности (постоянная времени) — она влияет на задержку открытия симистора.

Чаще всего такие схемы используются с классическими лампами накаливания, так как они в данном случае представляют собой аналог резистора (нагрузки). Возможна замена лампы накаливания в схеме на классическую энергосберегающую, однако в этом случае потребуется обеспечить постоянный уровень минимального тока удержания. Это необходимо из-за того, что больше половины всей энергии лампа накаливания преобразует в тепло, в то время как светодиодные лампы, наоборот, почти всю энергию преобразуют в свет и «‎реагируют» на изменение тока не так, как лампы накаливания. Если минимальный ток удержания не поддерживать, то лампа будет мигать из-за ложных срабатываний симистора.

Заключение

Симметричные тиристоры предоставляют возможность эффективного контроля над потребляемой энергией и обеспечивают стабильное и надежное функционирование систем, а также снижают износ осветительных систем.

28.06.2024