Регулировка постоянного напряжения тиристором схемы. Схемы тиристорных регуляторов. Схема с мощным тиристором
Очень старая и очень простая схема для регулирования мощности паяльника, который также можно применять и для обогревательных приборов. Можно и для ламп накаливания, но это уже сегодня не актуально, думаю, так как большинство уже использует энергосберегающие.
Схема не только проста, но и надежна, и испытана временем лично мною и другими людьми, держит установленную мощность стабильно. И еще две схемы.
Но сразу скажу, что данные регуляторы мощности работают только с нагревательными приборами и лампами накаливания, с трансформаторами. С двигателями и прочим, результаты непредсказуемы — там всякие индуктивные дела начнутся.
Первые две схемы настолько просты, что печатные платы просто бессмысленны, и их можно смонтировать в какой-нибудь коробочке от неисправного блока зарядки мобильника или чего-то подобного. Для начинающих с малым опытом самое то!
Вот, собственно, сама схема регулятора мощности, которая настолько проста, что я вписал номиналы прямо в нее, так удобней и наглядней. Вся хитрость данной схемки в неоновой лампе и конденсаторе. Как это работает, я и сам толком не понимаю, 🙂 но работает отлично. Ведь для стабильного удержания заданной мощности тиристором или симистором, обычно применяются управляющие элементы на полупроводниках, а тут какая-то лампочка, которая изготавливалась для совершенно других целей, да конденсатор, творят чудеса. В общем, выражаясь сегодняшним языком, можно сказать, что схема самая что ни есть креативная. К тому же (чуть не забыл!), неоновая лампочка одновременно служит еще и индикатором мощности: она меняет яркость, и этим самым можно контролировать регулировку.
При этом схема регулирует мощность от 0% до 100% !
Так выглядят старый добрый симистор КУ208Г и рядом с ним различные неоновые лампочки. И то, и другое можно за гроши найти на радиорынке, в современном магазине вряд ли. Впрочем, неонку можно из какого-нибудь старого бытового прибора выдернуть, а аналог КУ208Г можно думаю и в магазине купить из чего-то современного.
Вроде бы аналоги КУ208В,ТС112-10,ТС112-16, ТС122-10, ТС122-25, Т820КВ.
Регулятор мощности на тиристоре КУ202Н
Если уж совсем туго с неонкой будет или с КУ208, то можно собрать схемку регулятора еще проще. Даже не верится: куда уж еще проще? 🙂 Да, без неоновой лампы и вместо симистора — тиристор КУ202Н, который еще более доступен, более дешев и аналогов навалом. Диод также можно любой, подходящий по току и напряжению.
Думаю, по схеме понятно, что данный регулятор работает в диапазоне от 50% до 100%
, но до 99%, поскольку одна сетевая полуволна идет напрямую через диод.
Да, в общем, для паяльника и камина самое то, думаю, от ноля регулировать вряд ли кому-то понадобится. От 50% даже и удобней, по-моему.
Если захотите погасить помехи от переключения тиристора/симистора в первой или второй схеме регулятора, то можно сделать петлю на ферритовом кольце от старого монитора, например, или другого ненужного сетевого компьютерного шнура.
Регулятор мощности без помех
А это уже схема регулятора (кликабельно) для более продвинутых, для фанатов «цифры». Регулирует мощность как и предыдущая от 50%
, но ее отличие от двух первых в том, что регулирование осуществляется уже не за счет отрезания части полуволны сетевой синусоиды, что собственно и создает помехи, а за счет отсчета и пропускания разного количества полуволн. Но полуволны пропускаются целиком, именно поэтому и нет помех: открытие тиристора происходит на уровне, близком к нулю (каких-то пару вольт, нужных для его открытия).
На схеме зелеными кружками обозначены некоторые точки, а на диаграммах ниже — напряжения в этих точках, поясняющие работу схемы регулятора мощности без помех.
Причем, схема имеет свою особенность: по нижним трем диаграммам можно сообразить без пояснений, по какому принципу регулируется мощность. Регулировка ступенчатая, и получается такая дискретность: 50%, 66,6%, 75%… Далее по логике, как я понимаю, 80%, 83,3%, 85,7%… Так выходит, потому что время пауз: 1/2, 1/3, 1/4, 1/6, 1/7 и т.д. То есть, шаг регулирования уменьшается с повышением мощности, что разумно — применительно к паяльнику.
Стрелочный индикатор к паяльнику
Согласитесь, без индикации регулировать мощность паяльника как-то некошерно. Да, можно нарисовать метки на регуляторе, но эффект и удобства не те.
Для большего удобства регулировки нагрева паяльника совсем несложно и очень полезно добавить к собранному регулятору индикацию на каком-нибудь небольшом стрелочном приборе. Такой индикатор можно выдернуть из старой ненужной аудиоаппаратуры, если таковая завалялась еще, либо пройтись и отовариться на местном блошином рынке.
Примерная схема индикатора с использованием подобного стрелочного прибора показана на рисунке. Номиналы, как и сама схема допускает изменения и упрощения при понимании принципов тем, кто будет собирать ее. Номиналы на данной схеме применялись с использованием стрелочного индикатора М68501, который применялся в советских магнитофонах. Основная настройка схемы при использовании М68501 — это подбор резистора R4. При использовании другого стрелочного индикатора, вероятно придется подбирать еще и R3, ведь для удобной вам индикации при уменьшении мощности паяльника, должен быть соответствующий баланс резисторов R3/R4. Чтобы не получалось так, что при мощности в 50% стрелка индикатора уменьшается на 10-20%, либо наоборот, при небольшом уменьшении мощности, отклоняется на половину.
Вы еще не видели мой электромагнитный маятник?
Тиристорные регуляторы мощности являются одной из самых распространенных радиолюбительских конструкций, и в этом нет ничего удивительного. Ведь всем, кто когда-нибудь пользовался обычным 25 - 40 ваттным паяльником, способность его к перегреванию даже очень известна. Паяльник начинает дымить и шипеть, потом, достаточно скоро, облуженное жало выгорает, становится черным. Паять таким паяльником уже совсем невозможно.
И вот тут на помощь и приходит регулятор мощности, с помощью которого можно достаточно точно выставить температуру для пайки. Ориентироваться следует на то, чтобы при касании паяльником куска канифоли она дымила ну, так, средне, без шипения и брызг, не очень энергично. Ориентироваться следует на то, чтобы пайка получалась контурной, блестящей.
Чтобы не усложнять рассказ, не будем рассматривать тиристор в виде его четырехслойной p-n-p-n структуры, рисовать вольтамперную характеристику, а просто на словах опишем, как же он, тиристор, работает. Для начала в цепи постоянного тока, хотя в этих цепях тиристоры почти не применяются. Ведь выключить тиристор, работающий на постоянном токе достаточно сложно. Все равно, что коня на скаку остановить.
И все же большие токи и высокие напряжения тиристоров привлекают разработчиков различной, как правило, достаточно мощной аппаратуры постоянного тока. Для выключения тиристоров приходится идти на различные усложнения схем, ухищрения, но в целом результаты получаются положительными.
Обозначение тиристора на принципиальных схемах показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Тиристор
Нетрудно заметить, что по своему обозначению на схемах, тиристор очень похож на . Если разобраться, то он, тиристор, тоже обладает односторонней проводимостью, а следовательно, может выпрямлять переменный ток. Вот только делать это он будет лишь в том случае, когда на управляющий электрод подано относительно катода положительное напряжение, как показано на рисунке 2. По старой терминологии тиристор иногда называли управляемым диодом. Покуда не подан управляющий импульс, тиристор закрыт в любом направлении.
Рисунок 2.
Как включить светодиод
Здесь все очень просто. К источнику постоянного напряжения 9В (можно использовать батарейку «Крона») через тиристор Vsx подключен светодиод HL1 с ограничительным резистором R3. С помощью кнопки SB1 напряжение с делителя R1, R2 может быть подано на управляющий электрод тиристора, и тогда тиристор откроется, светодиод начинает светиться.
Если теперь отпустить кнопку, перестать ее удерживать в нажатом состоянии, то светодиод должен продолжать светиться. Такое кратковременное нажатие на кнопку можно назвать импульсным. Повторное и даже многократное нажатие этой кнопки ничего не изменит: светодиод не погаснет, но и не станет светить ярче или тусклее.
Нажали - отпустили, а тиристор остался в открытом состоянии. Причем, это состояние является устойчивым: тиристор будет открыт до тех пор, пока из этого состояния его не выведут внешние воздействия. Такое поведение схемы говорит об исправном состоянии тиристора, его пригодности для работы в разрабатываемом или ремонтируемом устройстве.
Маленькое замечание
Но из этого правила часто случаются исключения: кнопку нажали, светодиод зажегся, а когда кнопку отпустили, то погас, как, ни в чем не бывало. И в чем же тут подвох, что сделали не так? Может кнопку нажимали недостаточно долго или не очень фанатично? Нет, все было сделано достаточно добросовестно. Просто ток через светодиод оказался меньше, чем ток удержания тиристора.
Чтобы описанный опыт прошел удачно, надо просто заменить светодиод лампой накаливания, тогда ток станет больше, либо подобрать тиристор с меньшим током удержания. Этот параметр у тиристоров имеет значительный разброс, иногда даже приходится тиристор для конкретной схемы подбирать. Причем одной марки, с одной буквой и из одной коробки. Несколько лучше с этим током у импортных тиристоров, которым в последнее время отдается предпочтение: и купить проще, и параметры лучше.
Как закрыть тиристор
Никакие сигналы, поданные на управляющий электрод, закрыть тиристор и погасить светодиод не смогут: управляющий электрод может только включить тиристор. Существуют, конечно, запираемые тиристоры, но их назначение несколько иное, чем банальные регуляторы мощности или простые выключатели. Обычный тиристор можно выключить лишь только прервав ток через участок анод - катод.
Сделать это можно, как минимум, тремя способами. Во-первых, тупо отключить всю схему от батарейки. Вспоминаем рисунок 2. Естественно, что светодиод погаснет. Но при повторном подключении он сам по себе не включится, поскольку тиристор остался в закрытом состоянии. Это состояние также является устойчивым. И вывести его из этого состояния, Зажечь свет, поможет только нажатие кнопки SB1.
Второй способ прервать ток через тиристор это просто взять и замкнуть выводы катода и анода проволочной перемычкой. При этом весь ток нагрузки, в нашем случае это всего - лишь светодиод, потечет через перемычку, а ток через тиристор будет равен нулю. После того, как перемычка будет убрана, тиристор закроется, и светодиод погаснет. При опытах с подобными схемами в качестве перемычки чаще всего используется пинцет.
Предположим, что вместо светодиода в этой схеме будет достаточно мощная нагревательная спираль с большой тепловой инерцией. Тогда получается практически готовый регулятор мощности. Если коммутировать тиристор таким образом, что на 5 секунд спираль включена и столько же времени выключена, то в спирали выделяется 50-ти процентная мощность. Если же за время этого десятисекундного цикла включение производится лишь на 1 секунду, то совершенно очевидно, что спираль выделит только 10% тепла от своей мощности.
Примерно с такими временными циклами, измеряемыми в секундах, работает регулировка мощности в микроволновой печи. Просто с помощью реле включается и выключается ВЧ излучение. Тиристорные регуляторы работают на частоте питающей сети, где время измеряется уже миллисекундами.
Третий способ выключения тиристора
Состоит в том, чтобы до нуля уменьшить напряжение питания нагрузки, а то и вовсе изменить полярность питающего напряжения на противоположную. Именно такая ситуация получается при питании тиристорных схем переменным синусоидальным током.
При переходе синусоиды через нуль, она меняет знак на противоположный, поэтому ток через тиристор становится меньше тока удержания, а затем и вовсе равным нулю. Таким образом, проблема выключения тиристора решается как бы сама собой.
Тиристорные регуляторы мощности. Фазовое регулирование
Итак, дело осталось за малым. Чтобы получилось фазовое регулирование, надо просто в определенное время подать управляющий импульс. Другими словами импульс должен иметь определенную фазу: чем ближе он будет расположен к концу полупериода переменного напряжения, тем меньшая амплитуда напряжения окажется на нагрузке. Фазовый способ регулирования показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Фазовое регулирование
В верхнем фрагменте картинки управляющий импульс подается почти в самом начале полупериода синусоиды, фаза управляющего сигнала близка к нулю. На рисунке это время t1, поэтому тиристор открывается почти в начале полупериода, а в нагрузке выделяется мощность близкая к максимальной (если бы в цепи не было тиристоров, мощность была бы максимальной).
Сами управляющие сигналы на этом рисунке не показаны. В идеальном варианте они представляют собой короткие положительные относительно катода импульсы, поданные в определенной фазе на управляющий электрод. В простейших схемах это может быть линейно нарастающее напряжение, получаемое при заряде конденсатора. Об этом будет рассказано несколько ниже.
На среднем графике управляющий импульс подается в средине полупериода, что соответствует фазовому углу Π/2 или моменту времени t2, поэтому в нагрузке выделяется лишь половина максимальной мощности.
На нижнем графике открывающие импульсы подаются очень близко к окончанию полупериода, тиристор открывается почти перед тем, как ему предстоит закрыться, по графику это время обозначено как t3, соответственно мощность в нагрузке выделяется незначительная.
Схемы включения тиристоров
После краткого рассмотрения принципа работы тиристоров, наверное, можно привести несколько схем регуляторов мощности . Нового здесь ничего не изобретено, все можно найти в сети Интернет или в старых радиотехнических журналах. Просто в статье приводится краткий обзор и описание работы схем тиристорных регуляторов . При описании работы схем будет обращаться внимание на то, каким образом используются тиристоры, какие существуют схемы включения тиристоров.
Как было сказано в самом начале статьи, тиристор выпрямляет переменное напряжение как обычный диод. Получается однополупериодное выпрямление. Когда-то именно так, через диод, включались лампы накаливания на лестничных клетках: света совсем чуть, в глазах рябит, но зато лампы перегорают очень редко. То же самое получится, если светорегулятор выполнить на одном тиристоре, только появляется еще возможность регулирования уже и так незначительной яркости.
Поэтому регуляторы мощности управляют обоими полупериодами сетевого напряжения. Для этого применяется встречно - параллельное включение тиристоров, или включение тиристора в диагональ выпрямительного моста.
Для наглядности этого утверждения далее будут рассмотрены несколько схем тиристорных регуляторов мощности. Иногда их называют регуляторами напряжения, и какое название вернее, решить трудно, ведь вместе с регулированием напряжения регулируется и мощность.
Простейший тиристорный регулятор
Он предназначен для регулирования мощности паяльника. Его схема показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Схема простейшего тиристорного регулятора мощности
Регулировать мощность паяльника, начиная от нуля, нет никакого смысла. Поэтому можно ограничиться регулированием только одного полупериода сетевого напряжения, в данном случае положительного. Отрицательный полупериод проходит без изменений через диод VD1 сразу на паяльник, что обеспечивает его половинную мощность.
Положительный полупериод проходит через тиристор VS1, позволяющий осуществлять регулирование. Цепь управления тиристором предельно проста. Это резисторы R1, R2 и конденсатор C1. Конденсатор заряжается по цепи: верхний провод схемы, R1, R2 и конденсатор C1, нагрузка, нижний провод схемы.
К плюсовому выводу конденсатора подключен управляющий электрод тиристора. Когда напряжение на конденсаторе возрастает до напряжения включения тиристора, последний открывается, пропуская в нагрузку положительный полупериод напряжения, вернее его часть. Конденсатор C1 при этом, естественно, разряжается, тем самым подготавливаясь к следующему циклу.
Скорость заряда конденсатора регулируется с помощью переменного резистора R1. Чем быстрее конденсатор зарядится до напряжения открывания тиристора, тем раньше тиристор откроется, тем большая часть положительного полупериода напряжения поступит в нагрузку.
Схема простая, надежная, для паяльника вполне подходит, хотя регулирует лишь один полупериод сетевого напряжения. Очень похожая схема показана на рисунке 5.
Рисунок 5. Тиристорный регулятор мощности
Она несколько сложней предыдущей, но позволяет осуществлять регулировку более плавно и точно, благодаря тому, что схема формирования управляющих импульсов собрана на двухбазовом транзисторе КТ117. Этот транзистор предназначен для создания генераторов импульсов. Больше, кажется, ни на что другое не способен. Подобная схема используется во многих регуляторах мощности, а также в импульсных блоках питания в качестве формирователя запускающего импульса.
Как только напряжение на конденсаторе C1 достигает порога срабатывания транзистора, последний открывается и на выводе Б1 появляется положительный импульс, открывающий тиристор VS1. Резистором R1 можно регулировать скорость заряда конденсатора.
Чем быстрее зарядится конденсатор, тем раньше появится открывающий импульс, тем большее напряжение поступит в нагрузку. Вторая полуволна сетевого напряжения проходит в нагрузку через диод VD3 без изменений. Для питания схемы формирователя управляющих импульсов используется выпрямитель VD2, R5, стабилитрон VD1.
Тут можно спросить, а когда же откроется транзистор, каков же порог срабатывания? Открывание транзистора происходит в тот момент, когда напряжение на его эмиттере Э превысит напряжение на базе Б1. Базы Б1 и Б2 не равноценны, если их поменять местами, то генератор не заработает.
На рисунке 6 показана схема, позволяющая регулировать оба полупериода напряжения.
Рисунок 6.
Устройства, позволяющие управлять работой электрических приборов, подстраивая их под оптимальные характеристики для пользователя, прочно вошли в обиход. Одним из таких приспособлений является регулятор мощности. Применение таких регуляторов востребовано при использовании электронагревательных и осветительных приборов и в устройствах с двигателями. Схемотехника регуляторов разнообразна, поэтому порой бывает затруднительно подобрать себе оптимальный вариант.
Простейший регулятор энергии
Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название - реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.
Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:
Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.
Реостат — довольно универсальное приспособление . Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.
Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.
Виды современных устройств
Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.
На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:
При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:
- плавность регулировки;
- рабочую и пиковую подводимую мощность;
- диапазон входного рабочего сигнала;
Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.
Тиристорный прибор управления
Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.
Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.
Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.
Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.
Симисторный преобразователь мощности
Симистор - полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях . Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.
Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.
Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.
Фазовый способ трансформации
Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.
Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.
Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.
Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.
Доминирующая схема
Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.
Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.
При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.
В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.
Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.
Контроллер нагрева паяльника
Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.
Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.
Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г .
Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.
Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.
Многие паяльники продаются без регулятора мощности. При включении в сеть температура повышается до максимальной и остаётся в таком состоянии. Для её регулировки нужно отключать прибор от источника питания. У таких паяльников флюс моментально испаряется, образуются окислы и жало находится в постоянно загрязнённом состоянии. Его приходится часто чистить. Для припаивания больших компонентов нужна высокая температура, а маленькие детали можно сжечь. Во избежание таких проблем делают регуляторы мощности.
Как сделать надёжный регулятор мощности для паяльника своими руками
Регуляторы мощности помогают управлять степенью нагрева паяльника.
Подключение готового регулятора мощности нагрева
Если у вас нет возможности или желания возиться с изготовлением платы и электронными компонентами, то можете купить готовый регулятор мощности в магазине радиотоваров или заказать в интернете. Регулятор ещё называют диммером. В зависимости от мощности, устройство стоит 100–200 рублей. Возможно, после покупки вам придётся немного доработать его. Диммеры до 1000 Вт обычно продаются без радиатора охлаждения.
Регулятор мощности без радиатора
А устройства от 1000 до 2000 Вт с маленьким радиатором.
Регулятор мощности с маленьким радиатором
И только более мощные продаются с большими радиаторами. Но на самом деле, диммер от 500 Вт должен иметь небольшой радиатор охлаждения, а от 1500 Вт уже устанавливают крупные алюминиевые пластины.
Китайский регулятор мощности с большим радиатором
Учтите это при подключении прибора. Если необходимо, установите мощный радиатор охлаждения.
Доработанный регулятор мощности
Для правильного подключения устройства к цепи посмотрите на обратную сторону печатной платы. Там указаны клеммы входа IN и выхода OUT. Вход подключается к сетевой розетке, а выход к паяльнику.
Обозначение клемм входа и выхода на плате
Монтаж регулятора производится разными способами. Для их осуществления не нужны специальные знания, а из инструментов вам понадобятся только нож, дрель и отвёртка. Например, можно включить диммер в шнур питания паяльника. Это самый лёгкий вариант.
- Разрежьте кабель паяльника на две части.
- Подключите оба провода к клеммам платы. Отрезок с вилкой прикрутите ко входу.
- Подберите подходящий по размеру пластиковый корпус, проделайте в нём два отверстия и установите туда регулятор.
Ещё один простой способ: можно установить регулятор и розетку на деревянную подставку.
К такому регулятору можно подключать не только паяльник. Теперь рассмотрим более сложный, но компактный вариант.
- Возьмите большую вилку от ненужного блока питания.
- Извлеките из неё имеющуюся плату с электронными компонентами.
- Просверлите отверстия для ручки диммера и двух клемм под входную вилку. Клеммы продаются в радиомагазине.
- Если ваш регулятор со световыми индикаторами, то для них тоже сделайте отверстия.
- Установите в корпус вилки диммер и клеммы.
- Возьмите переносную розетку и включите в сеть. В неё вставьте вилку с регулятором.
Это устройство, как и предыдущее, позволяет подключать разные приборы.
Самодельный двухступенчатый регулятор температуры
Самый простой регулятор мощности - двухступенчатый. Он позволяет переключаться между двумя значениями: максимальным и половиной от максимального.
Двухступенчатый регулятор мощности
Когда цепь в разомкнутом состоянии, ток протекает через диод VD1. Выходное напряжение 110 В. При замыкании цепи выключателем S1 ток обходит диод, так как он подключён параллельно и на выходе получается напряжение 220 В. Диод подбирайте в соответствии с мощностью вашего паяльника. Выходная мощность регулятора рассчитывается по формуле: P = I * 220, где I - ток диода. Например, для диода с током 0,3 А мощность считается так: 0,3 * 220 = 66 Вт.
Так как наш блок состоит всего из двух элементов, то его можно разместить в корпусе паяльника с помощью навесного монтажа.
- Припаяйте параллельно детали микросхемы друг к другу непосредственно с использованием лапок самих элементов и проводов.
- Соедините с цепью.
- Залейте всё эпоксидной смолой, которая служит изолятором и защитой от смещений.
- В рукояти сделайте отверстие под кнопку.
Если корпус очень мал, то воспользуйтесь переключателем для светильника. Вмонтируйте его в шнур паяльника и вставьте параллельно выключателю диод.
Переключатель для светильника
На симисторе (с индикатором)
Рассмотрим простую схему регулятора на симисторе и изготовим печатную плату для него.
Регулятор мощности на симисторе
Изготовление печатной платы
Так как схема очень простая, нет смысла из-за неё одной устанавливать компьютерную программу для обработки электросхем. Тем более что для печати нужна специальная бумага. И не у всех есть лазерный принтер. Поэтому пойдём самым простым путём изготовления печатной платы.
- Возьмите кусок текстолита. Отрежьте необходимый для микросхемы размер. Поверхность зашкурьте и обезжирьте.
- Возьмите маркер для лазерных дисков и нарисуйте схему на текстолите. Чтобы не ошибиться, сначала рисуйте карандашом.
- Далее, приступаем к травлению. Можно купить хлорное железо, но после него плохо отмывается раковина. Если случайно капните на одежду, останутся пятна, которые невозможно до конца вывести. Поэтому будем использовать безопасный и дешёвый метод. Подготовьте пластиковую ёмкость для раствора. Влейте перекись водорода 100 мл. Добавьте пол столовой ложки соли и пакетик лимонной кислоты до 50 г. Раствор делается без воды. С пропорциями можно экспериментировать. И всегда делайте свежий раствор. Медь должна вся стравиться. На это уходит около часа.
- Промойте плату под струёй колодной воды. Высушите. Просверлите отверстия.
- Протрите плату спирто - канифольным флюсом или обычным раствором канифоли в изопропиловом спирте. Возьмите немного припоя и залудите дорожки.
Для нанесения схемы на текстолит можно сделать ещё проще. Нарисовать схему на бумаге. Приклеить её скотчем к вырезанному текстолиту и просверлить отверстия. И только после этого рисовать схему маркером на плате и травить её.
Монтаж
Подготовьте все необходимые компоненты для монтажа:
- катушка с припоем;
- штырьки в плату;
- симистор bta16;
- конденсатор на 100 нФ;
- постоянный резистор на 2 кОм;
- динистор db3;
- переменный резистор с линейной зависимостью на 500 кОм.
Приступайте к монтажу платы.
- Откусите четыре штырька и впаяйте их в плату.
- Установите динистор и все остальные детали, кроме переменного резистора. Симистор припаивайте последним.
- Возьмите иглу и щёточку. Почистьте промежутки между дорожками, чтобы убрать возможное замыкание.
- Возьмите алюминиевый радиатор для охлаждения симистора. Просверлите в нём отверстие. Симистор свободным концом с отверстием будет закреплён на алюминиевый радиатор для охлаждения.
- Мелкой наждачной бумагой зачистьте область крепления элемента. Возьмите теплопроводящую пасту марки КПТ-8 и нанесите небольшое количество пасты на радиатор.
- Закрепите симистор винтом и гайкой.
- Аккуратно отогните плату так, чтобы симистор принял вертикальное положение по отношению к ней. Для того чтобы конструкция стала компактной.
- Так как все детали нашего устройства находятся под напряжением сети, для регулировки будем применять ручку из изолирующего материала. Это очень важно. Металлические держатели здесь применять опасно для жизни. Оденьте пластмассовую ручку на переменный резистор.
- Кусочком провода соедините крайний и средний выводы резистора.
- Теперь к крайним выводам припаяйте два провода. Противоположные концы проводов соедините с соответствующими выводами на плате.
- Возьмите розетку. Снимите верхнюю крышку. Подсоедините два провода.
- Припаяйте к плате один провод от розетки.
- А второй подключите к проводу двухжильного сетевого кабеля с вилкой. У сетевого шнура осталась одна свободная жила. Её припаяйте к соответствующему контакту на печатной плате.
Фактически получается, что регулятор включён последовательно в цепь питания нагрузки.
Схема подключения регулятора к цепи
Если захотите установить светодиодный индикатор в регулятор мощности, то используйте другую схему.
Схема регулятора мощности со светодиодным индикатором
Здесь добавлены диоды:
- VD 1 - диод 1N4148;
- VD 2 - светодиод (индикация работы).
Схема с симистором слишком громоздкая для включения в рукоять паяльника, как в случае с двухступенчатым регулятором, поэтому её надо подключить снаружи.
Установка конструкции в отдельный корпус
Все элементы этого устройства находятся под напряжением сети, поэтому нельзя использовать металлический корпус.
- Возьмите пластиковую коробочку. Наметьте, как в ней будет размещаться плата с радиатором и с какой стороны подключать сетевой шнур. Просверлите три отверстия. Два крайних нужны для крепления розетки, а среднее для радиатора. Головка винта, к которому будет крепиться радиатор, должна быть спрятана под розеткой по причине электробезопасности. Радиатор имеет контакт со схемой, а она имеет непосредственный контакт с сетью.
- Сделайте ещё одно отверстие сбоку корпуса для сетевого кабеля.
- Установите винт крепления радиатора. С обратной стороны наденьте шайбу. Прикрутите радиатор.
- Просверлите отверстие соответствующего размера под потенциометр, то есть под ручку переменного резистора. Вставьте деталь в корпус и закрепите штатной гайкой.
- Наложите розетку на корпус и просверлите два отверстия под провода.
- Закрепите розетку двумя гайками на М3. Вставьте провода в отверстия и закрутите крышку винтом.
- Проложите провода внутри корпуса. Один из них припаяйте к плате.
- Другой к жиле сетевого кабеля, который предварительно вставьте в пластиковый корпус регулятора.
- Заизолируйте место соединения изолентой.
- Свободный провод шнура соедините с платой.
- Закройте корпус крышечкой и закрутите винтами.
Регулятор мощности включается в сеть, а паяльник - в розетку регулятора.
Видео: монтаж схемы регулятора на симисторе и сборка в корпусе
На тиристоре
Регулятор мощности можно сделать на тиристоре bt169d.
Регулятор мощности на тиристоре
Компоненты схемы:
- VS1 - тиристор BT169D;
- VD1 - диод 1N4007;
- R1 - резистор 220k;
- R3 - резистор 1k;
- R4 - резистор 30k;
- R5 - резистор 470E;
- C1 - конденсатор 0,1mkF.
Резисторы R4 и R5 являются делителями напряжения. Они снижают сигнал, так как тиристор bt169d маломощный и очень чувствителен. Схема собирается аналогично регулятору на симисторе. Так как тиристор слабый, он не будет перегреваться. Поэтому радиатор охлаждения не нужен. Такую схему можно вмонтировать в небольшой коробок без розетки и соединить последовательно с проводом паяльника.
Регулятор мощности в маленьком корпусе
Схема на мощном тиристоре
Если в предыдущей схеме заменить тиристор bt169d на более мощный ку202н и убрать резистор R5, то выходная мощность регулятора повысится. Такой регулятор собирается с радиатором на тиристоре.
Схема на мощном тиристоре
На микроконтроллере с индикацией
Простой регулятор мощности со световой индикацией можно сделать на микроконтроллере.
Схема регулятора на микроконтроллере ATmega851
Подготовьте следующие компоненты для его сборки:
С помощью кнопок S3 и S4 будет меняться мощность и яркость светодиода. Схема собирается аналогично предыдущим.
Если вы хотите, чтобы прибор показывал процент выдаваемой мощности вместо простого светодиода, то используйте другую схему и соответствующие компоненты, включая числовой индикатор.
Схема регулятора на микроконтроллере PIC16F1823
Схему можно вмонтировать в розетку.
Регулятор на микроконтроллере в розетке
Проверка и регулировка схемы блока терморегулятора
Перед подключением блока к инструменту испытайте его.
- Возьмите собранную схему.
- Соедините её с сетевым проводом.
- Подключите лампу на 220 к плате и симистору или тиристору. В зависимости от вашей схемы.
- Сетевой провод воткните в розетку.
- Вращайте ручку переменного резистора. Лампа должна менять степень накаливания.
Схема с микроконтроллером проверяется аналогично. Только на цифровом индикаторе ещё будет отображаться процент выходной мощности.
Для регулировки схемы меняйте резисторы. Чем больше сопротивление, тем меньше мощность.
Нередко приходится ремонтировать или дорабатывать разные приборы, используя паяльник. От качества пайки зависит работа этих устройств. Если вы приобрели паяльник без регулятора мощности, то обязательно установите его. При постоянном перегреве пострадают не только электронные компоненты, но и ваш паяльник.
Из-за использования в повседневной жизни большого количества электрических приборов (микроволновок, электрочайников, компьютеров и т.д.) нередко возникает необходимость регулировки их мощностей. Для этого применяют регулятор напряжения на тиристоре. Оно имеет простую конструкцию, поэтому собрать его самостоятельно несложно.
Нюансы в конструкции
Регулятор напряжения на тиристоре
Тиристор – это управляемый полупроводник. При необходимости он может очень быстро провести ток в нужном направлении. От привычных диодов устройство отличается тем, что имеет возможность контролировать момент подачи напряжения.
Регулятор состоит из трех компонентов:
- катод – проводник, подключаемый к отрицательному полюсу источника питания;
- анод – элемент, присоединяемый к положительному полюсу;
- управляемый электрод (модулятор), который полностью охватывает катод.
Регулятор функционирует при соблюдении нескольких условий:
- тиристор должен попадать в схему под общее напряжение;
- модулятор должен получать кратковременный импульс, позволяющий устройству контролировать мощность электроприбора. В отличие от транзистора регулятору не требуется удержание этого сигнала.
Тиристор не применяется в схемах с постоянным током, поскольку он закрывается, если нет напряжения в цепи. В то же время в приборах с переменным током регистр необходим. Это связано с тем, что в подобных схемах имеется возможность полностью закрыть полупроводниковый элемент. С этим справится любая полуволна, если возникнет такая потребность.
Тиристор обладает двумя устойчивыми положениями («открыто» или «закрыто»), которые переключаются при помощи напряжения. При появлении нагрузки он включается, при пропадании электрического тока выключается. Собирать подобные регуляторы учат начинающих радиолюбителей. Заводские паяльники, имеющие регулировку температуры жала, стоят дорого. Гораздо дешевле купить простой паяльник и самому собрать для него регистр напряжения.
Существует несколько схем монтажа устройства. Самый несложный – это навесной тип. При его сборке не используют печатную плату. Не потребуется также специальные навыки при монтаже. Сам процесс занимает мало времени. Поняв принцип работы регистра, будет просто разобраться в схемах и рассчитать оптимальную мощность для идеальной работы оборудования, где тиристор установлен.
Область применения и цели использования
Применение тиристорного регулятора мощности
Используют тиристор во многих электроинструментах: строительных, столярных бытовых и прочих. Он играет в схемах роль ключа при коммутации токов, при этом работая от малых импульсов. Выключается только при нулевом уровне напряжении в цепи. К примеру, тиристор контролирует скорость работы ножей в блендере, регулирует быстроту нагнетания воздуха в фене, координирует мощность нагревательных элементов в приборах, а также выполняет другие не менее важные функции.
В схемах с высокоиндуктивной нагрузкой, где ток отстает от напряжения, тиристоры могут не закрываться полностью, что приведет к поломке оборудования. В строительных приборах (дрелях, шлифовальных машинах, болгарках и т.д.) тиристор переключается при нажатии кнопки, которая находится в общем с ним блоке. При этом происходят изменения в работе двигателя.
Тиристорный регулятор отлично работает в коллекторном двигателе, где есть щёточный узел. В асинхронных движках устройство менять обороты не сможет.
Принцип действия
Специфика работы прибора заключается в том, что напряжение в нем регулируется мощностью, в также электроперебоями в сети. Регулятор тока на тиристоре при этом пропускает его только в одном конкретном направлении. Если устройство не отключить, оно так и будет продолжать работать, пока его не выключат после определенных действий.
Изготавливая тиристорный регулятор напряжения своими руками, в конструкции следует предусмотреть достаточно свободного места для установки управляющей кнопки или рычага. При сборке по классической схеме имеет смысл использовать в конструкции специальный выключатель, который при изменении уровня напряжения светит разными цветами. Это обезопасит человека от возникновения неприятных ситуаций, поражений током.
Способы закрывания тиристора
Выключение тиристора путем изменения полярности напряжения между катодом и анодом
Подача импульса на управляющий электрод неспособна прекратить его работу или закрыть. Модулятор только включает тиристор. Прекращение действия последнего происходит только после того, как на ступени катод-анод прерывается подача тока.
Регулятор напряжения на тиристоре ку202н закрывается следующими способами:
- Отключить схему от блока питания (батарейки). Устройство при этом не заработает до тех пор, пока не будет нажата специальная кнопка.
- Размокнуть соединение анод-катод с помощью проволоки или пинцета. Через эти элементы идет все напряжение, поступая в тиристор. Если перемычку разомкнуть, уровень тока окажется нулевым и устройство выключится.
- Уменьшить напряжение до минимального.
Простой регулятор напряжения
Схема регулятора мощности для паяльника
Даже самая простая радиодеталь состоит из генератора, выпрямителя, аккумулятора, а также переключателя напряжения. Такие устройства обычно не содержат стабилизаторов. Сам же тиристорный регулятор тока состоит из таких элементов:
- диод – 4 шт.;
- транзистор – 1 шт;
- конденсатор – 2 шт.;
- резистор – 2 шт.
Чтобы избежать перегрева транзистора, к нему устанавливают систему охлаждения. Желательно, чтобы последняя имела большой запас мощности, которая позволит заряжать в дальнейшем аккумуляторы с невысокой емкостью.
Способы регулирования фазового напряжения в сети
Изменяют переменное электрическое напряжение при помощи таких электрических приборов, как: тиратрон, тиристор и прочие. При изменении угла этих структур на нагрузку подаются неполными полуволнами, а в результате регулируется действующее напряжение. Искажение вызывает возрастание тока и падение напряжения. Последнее меняет форму из синусоидальной в несинусоидальную.
Схемы на тиристорах
Система включится после того, как на конденсаторе соберется достаточно напряжения. При этом момент открытия контролируется при помощи резистора. На схеме он обозначен как R2. Чем медленнее заряжается конденсатор, тем больше сопротивления у этого элемента. Регулируется электроток через управляющий электрод.
Эта схема дает возможность контролировать полную мощность в устройстве, так как регулируются два полупериода. Это возможно благодаря установке в диодном мосте тиристора, который воздействует на одну из полуволн.
Регулятор напряжения, схема которого представлена выше, имеет упрощенную конструкцию. Контролируется здесь одна полуволна, в то время как другая без изменений проходит через VD1. Работает по аналогичному сценарию.
