Тиристорные регуляторы мощности применяются как в быту (в аналоговых паяльных станциях, электронагревательных приборах и т.д.), так и на производстве (например, для запуска мощных силовых установок). В бытовых приборах, как правило, устанавливаются однофазные регуляторы, в промышленных установках чаще применяются трехфазные.
Эти устройства представляют собой электронную схему, работающую по принципу фазового регулирования, для управления мощностью в нагрузке (подробнее об этом методе будет рассказано ниже).
Принцип работы фазового регулирования
Принцип регулирования данного типа заключается в том, что импульс, открывающий тиристор, имеет определенную фазу. То есть, чем дальше он располагается от конца полупериода, тем большей амплитуды будет напряжение, поступающее на нагрузку. На рисунке ниже мы видим обратный процесс, когда импульсы поступают практически под окончание полупериода.
На графике показано время, когда тиристор закрыт t1 (фаза управляющего сигнала), как видите он открывается практически под конец полупериода синусоиды, в результате амплитуда напряжения минимальна, а следовательно, мощность в подключенной к прибору нагрузке будет незначительной (близкой к минимальной). Рассмотрим случай, представленный на следующем графике.
Здесь мы видим, что импульс, открывающий тиристор, приходится на середину полупериода, то есть регулятор будет выдавать половинную мощность от максимально возможной. Работа на мощности, близкой к максимальной, отображена на следующем графике.
Как видно из графика, импульс приходится на начало синусоидального полупериода. Время, когда тиристор находится в закрытом состоянии (t3) — незначительное, поэтому в данном случае мощность в нагрузке приближается к максимальной.
Заметим, что трехфазные регуляторы мощности работают по такому же принципу, но они управляют амплитудой напряжения не в одной, а сразу в трех фазах.
Такой метод регулирования прост в реализации и позволяет точно изменять амплитуду напряжения в диапазоне от 2 до 98 процентов от номинала. Благодаря этому становится возможным плавное управление мощностью электроустановок. Основной недостаток устройств данного типа — создание высокого уровня помех в электросети.
В качестве альтернативы, позволяющей сократить помехи, можно переключать тиристоры, когда синусоида переменного напряжения проходит через ноль. Наглядно работу такого регулятора мощности можно посмотреть на следующем графике.
Обозначения:
- A – график полуволн переменного напряжения;
- B – работа тиристора при 50% от максимальной мощности;
- C – график, отображающий работу тиристора при 66%;
- D – 75% от максимума.
Как видно из графика, тиристор «отрезает» полуволны, а не их части, что минимизирует уровень помех. Недостаток такой реализации – невозможность плавного регулирования, но для нагрузки с большой инерционностью (например, различных нагревательных элементов) этот критерий не основной.
Видео: Испытания тиристорного регулятора мощности
Схема простого регулятора мощности
Регулировать мощность паяльника можно используя для этой цели аналоговые или цифровые паяльные станции. Последние стоят достаточно дорого, и собрать их, не имея опыта, не просто. В то время как аналоговые устройства (являющиеся по сути регуляторами мощности) не составит труда сделать своими руками.
Приведем несложную схему прибора на тиристорах, благодаря которому можно регулировать мощность паяльника.
Радиоэлементы, обозначенные на схеме:
- VD – КД209 (или близкий ему по характеристикам)
- VS- KУ203В или его аналог;
- R 1 – сопротивление с номиналом 15кОм;
- R 2 – резистор переменного типа 30кОм;
- С –емкость электролитического типа ч номиналом 4,7мкФ и напряжением от 50В;
- R n – нагрузка (в нашем случае в качестве нее выступает паяльник).
Данное устройство регулирует только положительный полупериод, поэтому минимальная мощность паяльника будет вполовину меньше номинальной. Управляется тиристор через цепь, включающую в себя два сопротивления и емкость. Время зарядки конденсатора (оно регулируется сопротивлением R 2) влияет на длительность «открытия» тиристора. Ниже показан график работы устройства.
Пояснение к рисунку:
- график A – показывает синусоиду переменного напряжения, поступающего на нагрузку Rn (паяльник) при сопротивлении R2 близком к 0 кОм;
- график B – отображает амплитуду синусоиды поступающего на паяльник напряжения при сопротивлении R2 равном 15 кОм;
- график C, как видно из него, при максимальном сопротивлении R2 (30 кОм) время работы тиристора (t 2) становится минимальным, то есть паяльник работает с мощностью примерно около 50% от номинальной.
Схема устройства довольно простая, поэтому собрать ее самостоятельно смогут даже те, кто не очень хорошо разбирается в схемотехнике. Необходимо предупредить, что при работе данного прибора в его цепи присутствует опасное для жизни человека напряжение, поэтому все его элементы должны быть надежно заизолированы.
Как уже описывалось выше, устройства, работающие по принципу фазового регулирования, являются источником сильных помех в электросети. Существует два варианта выхода из подобной ситуации:
Регулятор работающий без помех
Ниже представлена схема регулятора мощности, не создающего помехи, поскольку он не «обрезает» полуволны, а «отрезает» их определенное количество. Принцип работы такого устройства мы рассматривали в разделе «Принцип работы фазового регулирования», а именно, переключение тиристора через ноль.
Также как и в предыдущей схеме, регулировка мощности происходит в диапазоне от 50 процентов до величины близкой к максимальной.
Перечень используемых в приборе радиоэлементов, а также варианты их замены:
Тиристор VS – КУ103В;
Диоды:
VD 1 -VD 4 – КД209 (в принципе можно использовать любые аналоги, которые допускают величину обратного напряжения более 300В, а ток свыше 0,5А); VD 5 и VD 7 – КД521 (допускается ставить любой диод импульсного типа); VD 6 – KC191 (можно использовать аналог с напряжением стабилизации равным 9В)
Конденсаторы:
С 1 – электролитического типа с емкостью 100мкФ, рассчитанный на напряжение не менее 16В; С 2 – 33Н; С 3 – 1мкФ.
Резисторы:
R 1 и R 5 – 120кОм; R 2 -R 4 – 12кОм; R 6 – 1кОм.
Микросхемы:
DD1 — K176 ЛЕ5 (или ЛА7); DD2 –K176TM2. В качестве альтернативы можно использовать логику серии 561;
R n – паяльник, подключенный в качестве нагрузки.
Если при сборке тиристорного регулятора мощности не было допущено ошибок, то устройство начинает работать сразу после включения, настройка для него не требуется. Имея возможность измерить температуру жала паяльника, можно сделать градацию шкалы для резистора R 5 .
В том случае, когда устройство не заработало, рекомендуем проверить правильность распайки радиоэлементов (не забудьте перед этим отключить его от сети).
Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя . Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.
Внимание, нижеприведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы может привести к поражению электрическим током!
Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.
Классическая тиристорная схема регулятора
Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.
Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление между анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение между его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.
Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).
При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.
Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.
Простейшая тиристорная схема регулятора
Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.
Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.
Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания . Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.
Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36 В или 24 В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 Вт при напряжении 36 В будет потреблять ток 1,1 А.
Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи
Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.
Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.
Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).
Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.
На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.
Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядится, процесс повторится.
Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.
С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служит для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.
Конструкция и детали регулятора температуры
Все детали тиристорного регулятора температуры размещены на печатной плате из стеклотекстолита. Так как схема не имеет гальванической развязки с электрической сетью, плата помещена в небольшой пластмассовый корпус бывшего адаптера с электрической вилкой. На ось переменного резистора R5 надета ручка из пластмассы. Вокруг ручки на корпусе регулятора, для удобства регулирования степени нагрева паяльника, нанесена шкала с условными цифрами.
Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.
Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Советский тиристор КУ103В можно заменить, например, современным тиристором MCR100-6 или MCR100-8, рассчитанные на ток коммутации до 0,8 А. В таком случае можно будет управлять нагревом паяльника мощностью до 150 Вт. Диоды VD1-VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В и ток не менее 0,5 А. Отлично подойдет IN4007 (Uоб=1000 В, I=1 А). Диоды VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт.
Регулятор мощности настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.
Схема разработана много лет назад, когда компьютеров и тем более лазерных принтеров не было в природе и поэтому чертеж печатной платы я делал по дедовской технологии на диаграммной бумаге с шагом сетки 2,5 мм. Затем чертеж приклеивал клеем «Момент» на плотную бумагу, а саму бумагу к фольгированному стеклотекстолиту. Далее сверлились отверстия на самодельном сверлильном станке и руками вычерчивались дорожки будущих проводников и контактные площадки для пайки деталей.
Чертеж тиристорного регулятора температуры сохранился. Вот его фотография. Изначально выпрямительный диодный мост VD1-VD4 был выполнен на микросборке КЦ407, но после того, как два раза микросборку разорвало, заменил ее четырьмя диодами КД209.
Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов
Для уменьшения помех излучаемых тиристорными регуляторами мощности в электрическую сеть применяют ферритовые фильтры, представляющие собой ферритовое кольцо с намотанными витками провода. Такие ферритовые фильтры можно встретить во всех импульсных блоках питания компьютеров, телевизоров и в других изделиях. Эффективным, подавляющим помехи ферритовым фильтром можно дооснастить любой тиристорный регулятор. Достаточно пропустить провод подключения к электрической сети через ферритовое кольцо.
Устанавливать ферритовый фильтр нужно как можно ближе к источнику помехи, то есть к месту установки тиристора. Ферритовый фильтр можно размещать как внутри корпуса прибора, так и с внешней его стороны. Чем больше витков, тем лучше ферритовый фильтр будет подавлять помехи, но достаточно и просто продеть сетевой провод через кольцо.
Ферритовое кольцо можно взять с интерфейсных проводов компьютерной техники, мониторов, принтеров, сканеров. Если Вы обратите внимание на провод, соединяющий системный блок компьютера с монитором или принтером, то заметите на проводе цилиндрическое утолщение изоляции. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.
Достаточно ножиком разрезать пластиковую изоляцию и извлечь ферритовое кольцо. Наверняка у Вас или Ваших знакомых найдется не нужный интерфейсный кабель от струйного принтера или старого кинескопного монитора.
В статье стоит раскрыть тему того, как совершает работу тиристорный регулятор напряжения, схему которого можно более подробно осмотреть в интернете.
В повседневной жизни в большинстве случаев может развиться особая необходимость в регулировании общей мощности бытовых приборов, к примеру, электроплит, паяльника, кипятильника, а также ТЭНов, на транспорте - оборотов двигателя и прочего. В этом случае на помощь нам придёт простая и радиолюбительская конструкция - это особый регулятор мощности на тиристоре.
Создать такое устройство не составит особого труда, оно может стать тем первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала в паяльнике у любого начинающего радиолюбителя. Нужно отметить и тот факт, что готовые паяльники на станции с общим контролем температуры и остальными особенными функциями стоят намного больше, чем самые простые модели паяльников. Минимальное число деталей в конструкции поможет собрать несложный тиристорный регулятор мощности с навесным монтажом.
Следует отметить, что навесной тип монтажа - это вариант осуществления сборки радиоэлектронных компонентов без использования при этом специальной печатной платы, а при качественном навыке он помогает быстро собрать электронные устройства со средней сложностью производства.
Также вы можете заказать электронный тип конструктора тиристорного типа регулятора, а тот, кто хочет полностью разобраться во всём самостоятельно, должен изучить некоторые схемы и принцип функционирования прибора.
Между прочим, такое устройство является регулятором общей мощности
. Такое устройство может быть применимо для управления общей мощностью либо управлением числа оборотов. Но для начала нужно полностью разобраться в общем принципе функционирования такого устройства, ведь это поможет понять, на какую нагрузку стоит рассчитывать при использовании такого регулятора.
Как совершает свою работу тиристор?
Тиристор - это управляемый полупроводниковый прибор, который способен быстро провести ток в одну сторону. Слово управляемый обозначает тиристор не просто так, так как с его помощью, в отличие от диода, который также проводит общий ток лишь к одному полюсу, можно выбирать отдельный момент, когда тиристор начнёт процесс проведения тока.
Тиристор обладает сразу тремя выводами тока:
- Катод.
- Анод.
- Управляемый электрод.
Чтобы осуществить течение тока через такой тиристор, стоит выполнить следующие условия: деталь обязана в обязательном порядке расположена на самой цепи, которая будет находиться под общим напряжением, на управляющую часть электрода должен быть подан нужный кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление таким тиристор не будет требовать от пользователя удержания управляющего сигнала.
Но в этом все трудности использования такого прибора заканчиваться не будут: тиристор можно легко закрыть, если прервать поступление в него тока по цепи, либо создав обратное напряжение анод - катод. Это будет значить то, что применение тиристора в цепях постоянного тока считается довольно специфичным и в большинстве случаев полностью неблагоразумно, а в цепях переменного, к примеру, в таком устройстве как тиристорный регулятор, схема создана таким методом, чтобы было полностью обеспечено условие для закрытия прибора. Любая данная полуволна будет полностью закрывать соответствующий отдел тиристора.
Вам, скорее всего, сложно понять схему его строения . Но, не нужно расстраиваться - ниже будет более подробно описан процесс функционирования такого устройства.
Область использования тиристорных устройств
В каких целях можно использовать такое устройство, как регулятор мощности тиристор. Такой прибор позволяет более эффективно регулировать мощность нагревательных приборов, то есть осуществлять нагрузку на активные места. Во время работы с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры способны просто не закрыться, что может приводить к выходу такого оборудования из нормальной работы.
Можно ли самостоятельно осуществить регулирование оборотов в двигателе прибора?
Многие из пользователей, которые видели или даже на практике применяли дрели, углошлифовальные машины, которые по-другому называются болгарками, и другими электроинструментами. Они могли легко увидеть, что число оборотов в таких изделиях зависит, главным образом, от общей глубины нажатия на кнопку-курок в устройстве . Такой элемент как раз и будет находиться в тиристорном регуляторе мощности (общая схема такого прибора указана в интернете), при помощи которого и происходит изменение общего числа оборотов.
Стоит обратить своё внимание на то, что регулятор не может самостоятельно менять свои обороты в асинхронных двигателях. Таким образом, напряжение будет полноценно регулироваться на коллекторном двигателе, который оборудован специальным щелочным узлом.
Как работает такое устройство?
Описанные ниже характеристики будет соответствовать большинству схем .
При этом происходит определённая область, которая будет находиться под особым напряжением. Когда воздействие положительной полуволны окончится и начнётся новый период движения с отрицательно полуволной, то один из таких тиристоров начнёт закрываться, и в это же время откроется новый тиристор.
Вместо слов положительная и отрицательная волна стоит использовать первая и вторая (полуволна).
В то время как на схему начинает своё воздействие первая полуволна, происходит особая зарядка ёмкости С1, а также С2 . Скорость их полной зарядки будет ограничена потенциометром R 5. Такой элемент будет полностью переменным, и при его помощи будет задаваться выходное напряжение. В тот момент, когда на поверхности конденсатора С1 появится нужное для открытия диристора VS 3 напряжения, весь динистор откроется, а через него начнёт проходить ток, при помощи которого откроется тиристор VS 1.
Во время пробоя динистра и образуется точка на общем графике. После того как значение напряжение перейдёт нулевую отметку, и схема будет находиться под воздействием второй полуволны, тиристор VS 1, закроется, а процесс будет повторяться, только уже для второго динистра, тиристора, а также конденсатора. Резисторы R 3 и R 3 нужны для ограничения общего тока управления, а R 1 и R 2 - для процесса термостабилизации всей схемы.
Принцип действия второй схемы будет точно такой же, но в ней будет происходить управление лишь одной из полуволн переменного тока. После того, как пользователь будет понимать принцип работы устройства и его общую схему строение, он сможет понять как собрать или же в случае необходимости починить тиристорный регулятор мощности самостоятельно.
Тиристорный регулятор напряжения своими руками
Нельзя сказать о том, что данная схема не обеспечит гальваническую развязку от источника питания, поэтому есть определённая опасность поражения электрическими разрядами тока. Это будет означать то, что не нужно касаться руками элементов регулятора.
Следует спроектировать конструкцию вашего прибора таким образом, чтобы по возможности вы смогли спрятать её в регулируемом устройстве , а также найти более свободное место внутри корпуса. Если регулируемое устройство будет расположено на стационарном уровне, то имеет определённой смысл осуществить его подключение через выключатель с особым регулятором уровня яркости света. Такое решение сможет частично обезопасить человека от поражения током, а также избавит его от необходимости поиска подходящего корпуса у прибора, обладает привлекательным внешним строением, а также создано с использованием промышленных технологий.
Способы регулирования фазового напряжения в сети
На основе принципов и особенностей фазового регулирования напряжения можно построить определённые схемы регулирования, стабилизации, а в отдельных случаях с плавного пуска. Для осуществления более плавного пуска напряжение стоит со временем повышать от нуля до максимального показателя. Таким образом, во время открывания тиристора максимальный показатель значения должен изменяться до отметки нуль.
Схемы на тиристорах
Регулировать общую мощность паяльника можно довольно просто, если использовать для этого аналоговые или же цифровые паяльные станции
. Последние довольно дорогие совершать использование, и собрать их, не имея особого опыта, довольно сложно. В то время как аналоговые приборы (считаются по своей сути регуляторами общей мощности) не составит труда создать самостоятельно.
Довольно простая схема прибора, которая поможет регулировать показатель мощности на паяльнике.
- VD - КД209 (либо близкие по его общим характеристикам).
- R 1 - сопротивление с особым номиналом в 15 кОм.
- R 2 - это резистор, который обладает особым показателем переменного тока около 30 кОм.
- Rn - это общая нагрузка (в этом случае вместо неё будет использован особый маятник).
Такое устройство для регуляции может контролировать не только положительный полупериод, по этой причине мощность паяльника будет в несколько раз меньше номинальной. Управляется такой тиристор с помощью специальной цепи, которая несёт в себе два сопротивления, а также ёмкость. Время зарядки конденсата (оно будет регулироваться особым сопротивлением R2) влияет на длительность открытия такого тиристора.
Несколько лучшие результаты дают схемы с использованием двух тиристоров, включенных встречно - параллельно: и места не надо для лишних диодов, да и тиристорам работать легче. Такая схема показана на рисунке 1.
Управляющие импульсы для каждого тиристора вырабатываются отдельно схемой на динисторах V3, V4 и конденсаторах C1, C2. Мощность в нагрузке регулируется переменным резистором R5.
Но два тиристора это тоже непозволительная роскошь. Поэтому электронная промышленность освоила выпуск симисторов, или, как их по-другому называют симметричных тиристоров.
Габаритами и формой корпуса похож на обычный тиристор, только внутри него «живут» два тиристора, соединенные точно так же, как на рисунке 1 соединены тиристоры V1 и V2. При этом симистор имеет всего один управляющий электрод, что упрощает и схему управления. В общем, как сиамские близнецы.
Рисунок 1. Схема тиристорного регулятора мощности с двумя тиристорами
Совсем простая схема управления получается с использованием в качестве порогового элемента обычной неоновой лампочки. Радиолюбители люди запасливые, сродни гоголевскому Плюшкину, и хранят в запасах много всякого хлама. А ведь известно, что хлам это такая вещь, что вчера выбросил, а завтра она уже нужна. Поэтому отыскать в хламе неоновую лампочку, оставшуюся от ремонта электрического чайника, особого труда не представляет.
Историческая справка
На неоновых лампочках когда-то делали генераторы звуковых частот. Точнее сказать звуковые пробники. Форма колебаний таких генераторов пилообразная. Используя несколько неоновых ламп строились схемы мультивибраторов, кроме того неоновые лампы являлись неотъемлемой частью амплитудных селекторов. На неонках проще всего собирать всякие мигалки, с периодом даже в несколько секунд. Достаточно только подобрать резистор и конденсатор соответствующих номиналов.
Схема регулятора мощности на симисторе с неоновой лампочкой показана на рисунке 2.
Рисунок 2.
Конденсатор C1 заряжается от сети через нагрузку Rн и резисторы R1…R3. Когда напряжение на конденсаторе достигает напряжения зажигания неоновой лампы HL1, лампа зажигается, и конденсатор C1 разряжается по цепи R3, HL1, управляющий электрод - катод симистора VS1, что приводит к открыванию симистора. Резистором R1 можно изменять скорость заряда конденсатора C1, а следовательно и фазу открытия симистора.
Но неоновая лампа по нынешним временам это чистой воды экзотика. То же самое можно сказать о транзисторах КТ117 и динисторах КН102. Современная электронная промышленность предлагает для подобных целей двухполярный DB3.
Логика работы динистора предельно проста: при включении в электрическую цепь динистор закрыт. При увеличении напряжения до определенной величины (напряжение открытия) динистор открывается и проводит ток. Ну, в точности, как неоновая лампа. При этом необходимо подать напряжение в определенной полярности, как у диода.
Внутри DB3 спрятано два динистора, включенных встречно - параллельно, что позволяет применять его в цепях переменного тока. И не надо следить за соблюдением полярности, DB3 сам определит, что ему надо делать. Срабатывает DB3 при напряжении порядка 32…33В, при этом прямой ток может достигать 2А. Основное назначение этого скромного радиоэлемента - цепи запуска , а также энергосберегающих ламп или по-другому КЛЛ. Именно из плат неисправных КЛЛ, которые удается отремонтировать не всегда, и добываются динисторы DB3.
Совсем немного деталей потребуется для создания регулятора на базе динистора DB3. Схема регулятора показана на рисунке 3.
Рисунок 3. Схема реглятора на базе динистора
Схема очень похожа на схему с неоновой лампой, поэтому в особых объяснениях не нуждается. Как только напряжение на конденсаторе C1 достигнет напряжения срабатывания динистора T2, последний открывается и конденсатор разряжается на управляющий электрод симистора T1, симистор открывается и пропускает ток в нагрузку. Фаза управляющего импульса зависит от скорости заряда конденсатора C1, которая регулируется переменным резистором R1.
Но электронная техника не стоит на месте, совершенствуются не только телевизоры и компьютеры. Фазовые регуляторы мощности теперь выпускаются в виде интегральных микросхем. Достаточно популярна в среде радиолюбителей микросхема фазового регулятора мощности , типовая схема включения которой, показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Типовая схема включения микросхемы фазового регулятора мощности КР1182ПМ1
Микросхема выполнена в пластиковом корпусе DIP-16. Всего несколько деталей превращают ее в фазовый регулятор мощности. Максимальная регулируемая мощность не должна превышать 150Вт. При этом даже не требуется устанавливать микросхему на радиатор. Допускается параллельное соединение микросхем, - просто тупо один корпус ставится поверх другого, и каждый вывод верхней микросхемы припаивается к одноименному выводу нижней. Внешних деталей остается ровно столько, как показано на схеме.
Для управления работой микросхемы служат выводы 3 и 6. К ним подключается переменный резистор R1, регулирующий мощность. Сюда же подключается контакт SA1, при замыкании которого нагрузка отключается.
Около выводов 3 и 6 можно заметить маркировку C- и C+. Именно в такой полярности можно достаточно большой емкости (примерно 200…500мкФ), что при размыкании контакта SA1 обеспечит плавное включение нагрузки, причем до того уровня, который был установлен переменным резистором R1. Такой алгоритм управления очень полезен для ламп накаливания.
Конечно, существуют еще и другие типы регуляторов мощности, работающие по иным алгоритмам. Все чаще встречаются схемы, . Но в одной статье обо всем рассказать невозможно.
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.