Регулятор мощности для паяльника на симисторе

РадиоКот >Схемы >Питание >Преобразователи и UPS >

Теги статьи:

Добавить тег

Внимание! Порядок добавления тегов имеет значение! Начинайте добавлять с наиболее важного. По возможности пользуйтесь уже существующими тегами

Регулятор мощности в вилке паяльника

Автор: Александр Сычугов
Опубликовано 12.04.2012
Создано при помощи КотоРед.

О регуляторах мощности для паяльников очень много написано статей и приведено множество разнообразных схем, в том числе и на сайте РадиоКот. Интерес к данному типу устройств, как видно не ослабевает, да это и понятно, ведь от него зависит качество пайки, долговечность жала паяльника и самого паяльника.

тот кто делает первые шаги в электронике, в первую очередь должен позаботится о комфортных условиях пайки. Наверно кто-то скажет: « ну вот опять о регуляторе мощности », но тем не менее хочется поделится ещё одной конструкцией, именно для паяльника, возможно она окажется кому нибудь полезной (а точнее несколькими конструкциями на данную тему).

Работая в сфере промышленной автоматики, частенько приходится производить ремонтные работы с участием паяльника на различных объектах, отдалённых от основного рабочего места, и бывает забываешь брать с собой регулятор, да и иногда приходится одалживать паяльник лицам, которые возвращают потом его с обгоревшим жалом. Кроме того, я не единственный пользователь этого паяльника, так как работаю по сменам, после этого приходится опять браться за напильник и приводить жало в порядок, к тому же из-за повышенного напряжения в сети (238В) он быстро перегревался. Размышляя над всем этим, мне пришла идея, вместо стандартной вилки паяльника использовать миниатюрный регулятор мощности, который был бы непосредственно закреплён на шнуре паяльника и сопровождал бы его всюду где он нужен. За основу была взята схема с амплитудно-фазовым принципом работы и содержащая наименьшее число деталей, дополненная индикатором включения регулируемой фазы, что упрощает регулировку за счёт визуализации по яркости свечения светодиода. Смотри схему и плату:

Плату конечно нужно проектировать под конкретный корпус. Плата 63Х32

Использование одного полупериода для регулировки себя оправдывает в отличии от двухполупериодных регуляторах с использованием симисторов, которые хороши для регулировки освещения и нагревательных приборов, не требующих дежурного режима. Паяльник всегда должен быть нагретым, даже если им какое-то время не пользуются. Это хорошо реализуется за счёт одного полупериода — повернул рукоятку влево до отказа и он всегда будет готов к работе. При необходимости осуществлять пайку — повернул рукоятку в право до зажигания индикатора и далее по яркости индикатора и можно паять. Индикатор зажигается при напряжении на нагрузке= 150…160В и далее яркость плавно увеличивается при увеличении напряжения до 220В. Ниже 150..160В индикатор гаснет, вернее, еле заметно подсвечивается, напряжение при этом на нагрузке соответствует 127…130В в зависимости от напряжения в сети. Для каждого паяльника своё оптимальное напряжение. Подобный регулятор я использую дома вот уже почти 30 лет и за всё время он не разу не отказал и паяльник служит столько же . Вот этот антиквариат : (проверка работоспособности, дежурный режим).

 

В качестве корпуса для вилки я использовал корпус от зарядного устройства для сотового телефона смотри фото: (плата и корпус)

Момент зажигания индикатора 150…..160В

 

Теперь регулятор мощности всегда с паяльником, как неразлучные друзья. И я забыл о проблемах с жалом паяльника. ( В данном варианте можно использовать паяльник не более 40 Вт.). Используемые детали:

VS1 = КУ101Е; С1= 22мкФ Х 63В К50-29; R2 = ОМЛТ -0.5 10К; R3= СП-04 0.5Вт 47К; VD1= SY103/05 ; R1= ОМЛТ 0.5 47К ; VD2= LED от китайского зарядного устройства. VD3= КД209А,Б

В плате сделан вырез для резистора СП-04. Если использовать СП4-1 то вырез не нужен.

Вот ещё один вариант исполнения переносного регулятора мощности для паяльника. В данном варианте используется схема с импульсно-фазовым управлением. В отличии от предыдущей схемы, импульсно фазовый способ осуществляет более точное регулирование, смотри схему:

Данный регулятор так же снабжён индикатором мощности ( в конструкции он пока отсутствует). Регулировка осуществляется плавно от 130В до 220В. Резистор R1= 100К, но установлен на 120К для более чёткого выражения зоны ( 45 град.
ворота рукоятки где напряжение практически не изменяется и соответствует 130В). В этом варианте используются более мощные диоды Д246Б и тиристор КУ202Л, что позволяет подключать нагрузку до 500Вт ( паяльник на 100Вт). Если использовать двухполупериодное регулирование, включив тиристор в диагональ моста из диодов Д246Б, то регулировка осуществляется от 50В до 220В. Регулятор собран в корпусе от сетевого источника питания-адаптера (пустые корпуса продаются в специализированных магазинах и стоят 40р). В корпус вмонтированы двойная клемма для вилки паяльника (от старого ТВ) и регулировочный резистор R1 120К СП-04 0.5Вт. Используются номиналы в скобках. Под рукояткой резистора сделана шкала, проградуированная в Вольтах действующего значения 127…..220В, для точной установки мощности паяльника, смотри фото: (Плата и внешний вид) Плата 57х46

Ну уж и за одно ещё регулятор мощности для паяльника, реализующий широтно-импульсный принцип регулирования для одного полупериода напряжения. Схема этого регулятора была опубликована в одном из старых журналов радио (без транзистора VT3) и немного другой схемотехникой управления выходным тиристором.
сле изготовления прибора по схеме из журнала устройство не совсем хорошо работало: при повышенном напряжении сети 238В тиристор во время паузы самопроизвольно включался, при напряжении в сети 227….230В -отрабатывал импульсы и паузы, но при этом другие экземпляры тиристоров в обще не включались (видимо, рабочий экземпляр попался с заниженными параметрами). В процессе наладки было установлено, что причиной не работоспособности являлся недостаточный ток управляющего электрода тиристора КУ202Л, поэтому был в ведён дополнительный каскад усиления на транзисторе КТ940А, смотри схему:

При этом проблемы устранились, все экземпляры тиристоров КУ202Л и КУ202Н с доработанной схемой работали.

Индикатор на тиратроне показывает длительности включения и отключения тиристора, по которым можно судить о средней мощности на паяльнике: 50% ( при минимальном импульсе), 75% (при равенстве длительности импульса и паузы) , 100% (при максимальной длительности импульса)

Фото прибора:

В регуляторе использованы транзисторы МП26А PNP Ik max= 150mA Ukэ =70В Uэбо = 70В h21= 20…..50. Тиратрон МТХ-90 VD1=Д814A VS1= КУ202Л VT3 =КТ940А.

Все резисторы МЛТ 0.25Вт. Кроме R9=18К 2Вт. И R11= 3.3К 0.5Вт.

В качестве корпуса для прибора так же можно использовать корпус от сетевого адаптера.

Файлы:
Регулятор мощности в вилке паяльника
РМП-М-аф.Lay
Регулятор мощности в вилке паяльника
РМП-М-иф.Lay
РМП-М-шим (схема)

Все вопросы в Форум.

Источник: www.radiokot.ru

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.

Источник: YDoma.info

Зачем он нужен

Колебания температуры жала паяльного устройства могут быть объяснены следующими объективными причинами:

• нестабильность входного питающего напряжения;
• большие тепловые потери при пайке объёмных (массивных) деталей и проводников;
• значительные колебания температуры окружающей среды.

Для компенсации воздействия этих факторов промышленностью освоен выпуск ряда устройств, имеющих специальный диммер для паяльника, обеспечивающий поддержание температуры жала в заданных пределах.

Однако при желании сэкономить на обустройстве домашней паяльной станции регулятор мощности вполне может быть изготовлен своими руками. Для этого потребуется знание основ электроники и предельная внимательность при изучении приводимых ниже инструкций.

Принцип работы контролера паяльной станции

Известно множество схем самодельных регуляторов нагрева паяльника, входящих в состав эксплуатируемой в домашних условиях станции. Но все они работают по одному и тому же принципу, заключающемуся в управлении величиной мощности, отдаваемой в нагрузку.

Распространённые варианты самодельных электронных регуляторов могут отличаться по следующим признакам:

• вид электронной схемы;
• элемент, используемый для изменения отдаваемой в нагрузку мощности;
• количество ступеней регулировки и другие параметры.

Независимо от варианта исполнения любой самодельный контроллер паяльной станции представляет собой обычный электронный коммутатор, ограничивающий или увеличивающий полезную мощность в нагревательной спирали нагрузки.

Вследствие этого основным элементом регулятора в составе станции или вне её является мощный питающий узел, обеспечивающий возможность варьирования температуры жала в строго заданных пределах.

Образец классической подставки под паяльник со встроенным в неё регулируемым модулем питания приводится на фото.

Преобразователи на управляемых диодах

Каждый из возможных вариантов исполнения устройств отличается своей схемой и регулирующим элементом. Существуют схему регуляторов мощности на тиристорах, симисторах и другие варианты.

Тиристорные устройства

По своему схемному решению большинство известных блоков регулировки изготавливаются по тиристорной схеме с управлением от специально формируемого для этих целей напряжения.

Двухрежимная схема регулятора на тиристоре низкой мощности приводится на фото.

Посредством такого прибора удаётся управлять паяльниками, мощность которых не превышает 40 Ватт. Несмотря на небольшие габариты и отсутствие вентиляционного модуля преобразователь практически не греется при любом допустимом режиме работы.

Такое устройство может работать в двух режимах, один из которых соответствует состоянию ожидания. В этой ситуации ручка варьируемого по величине резистора R4 установлена в крайне правое по схеме положение, а тиристор VS2 полностью закрыт.

Питание поступает на паяльник через цепочку с диодом VD4, на котором величина напряжения снижается примерно до 110 Вольт.

Во втором режиме работы регулятор напряжения (R4) выводится из крайне правой позиции; причём в среднем его положении тиристор VS2 немного приоткрывается и начинает пропускать переменный ток.

Переход в это состояние сопровождается зажиганием индикатора VD6, срабатывающего при выходном питающем напряжении порядка 150 Вольт.

Путём дальнейшего вращения ручки регулятора R4 можно будет плавно увеличивать мощность на выходе, поднимая его выходной уровень до максимальной величины (220 Вольт).

Симисторные преобразователи

Ещё один способ организации управления паяльником предполагает применение электронной схемы, построенной на симисторе и также рассчитанной на нагрузку небольшой мощности.

Эта схема работает по принципу снижения эффективного значения напряжения на полупроводниковом выпрямителе, к которому подключается полезная нагрузка (паяльник).

Состояние регулировочного симистора зависит от положения «движка» переменного резистора R1, меняющего потенциал на его управляющем входе. При полностью открытом полупроводниковом приборе поступающая в паяльник мощность снижается примерно в два раза.

Простейший вариант управления

Самый простой регулятор напряжения, являющийся «усечённым» вариантом двух рассмотренных выше схем, предполагает механическое управление мощностью в паяльнике.

Такой регулятор мощности востребован в условиях, когда предполагаются длительные перерывы в работе и не имеет смысла держать паяльник всё время включённым.

В разомкнутом положении выключателя на него поступает небольшое по амплитуде напряжение (примерно 110 Вольт), обеспечивающее невысокую температуру нагрева жала.

Для приведения устройства в рабочее состояние достаточно включить тумблер S1, после чего наконечник паяльника быстро нагревается до требуемой температуры, и можно будет продолжить пайку.

Такой терморегулятор для паяльника позволяет в промежутках между пайками снижать температуру жала до минимального значения. Эта возможность обеспечивает замедление окислительных процессов в материале наконечника и заметно продлевает срок его эксплуатации.

Источник: svaring.com

Принцип работы регулятора на симисторе

Напомним, что симистором принято называть модификацию тиристора, играющего роль полупроводникового ключа с нелинейной характеристикой. Его основное отличие от базового прибора заключается в двухсторонней проводимости при переходе в «открытый» режим работы, при подаче тока на управляющий электрод. Благодаря этому свойству симисторы не зависят от полярности напряжения, что позволяет их эффективно использовать в цепях с переменным напряжением.

Помимо приобретенной особенности, данные приборы обладают важным свойством базового элемента – возможностью сохранения проводимости при отключении управляющего электрода. При этом «закрытие» полупроводникового ключа происходит в момент отсутствия разности потенциалов между основными выводами прибора. То есть тогда, когда переменное напряжение переходит точку нуля.

Дополнительным бонусом от такого перехода в «закрытое» состояние является уменьшение числа помех на этой фазе работы. Обратим внимание, что не создающий помех регулятор может быть создан под управлением транзисторов.

Благодаря перечисленным выше свойствам, можно управлять мощностью нагрузки путем фазового управления. То есть, симистор открывается каждый полупериод и закрывается при переходе через ноль. Время задержки включения «открытого» режима как бы отрезает часть полупериода, в результате форма выходного сигнала будет пилообразной.

При этом амплитуда сигнала будет оставаться прежней, именно поэтому такие устройства неправильно называть регуляторами напряжения.

Варианты схем регулятора

Приведем несколько примеров схем, позволяющих управлять мощностью нагрузки при помощи симистора, начнем с самой простой.

Обозначения:

• Резисторы: R1- 470 кОм , R2 – 10 кОм,
• Конденсатор С1 – 0,1 мкФ х 400 В.
• Диоды: D1 – 1N4007, D2 – любой индикаторный светодиод 2,10-2,40 V 20 мА.
• Динистор DN1 – DB3.
• Симистор DN2 – КУ208Г, можно установить более мощный аналог BTA16 600.

При помощи динистора DN1 происходит замыкание цепи D1-C1-DN1, что переводит DN2 в «открытое» положение, в котором он остается до точки нуля (завершение полупериода). Момент открытия определяется временем накопления на конденсаторе порогового заряда, необходимого для переключения DN1 и DN2. Управляет скоростью заряда С1 цепочка R1-R2, от суммарного сопротивления которой зависит момент «открытия» симистора. Соответственно, управление мощностью нагрузки происходит посредством переменного резистора R1.

Несмотря на простоту схемы, она довольно эффективна и может быть использована в качестве диммера для осветительных приборов с нитью накала или регулятора мощности паяльника.

К сожалению, приведенная схема не имеет обратной связи, следовательно, она не подходит в качестве стабилизированного регулятора оборотов коллекторного электродвигателя.

Схема регулятора с обратной связью

Обратная связь необходима для стабилизации оборотов электродвигателя, которые могут изменяться под воздействием нагрузки. Сделать это можно двумя способами:

1. Установить таходатчик, измеряющий число оборотов. Такой вариант позволяет производить точную регулировку, но при этом увеличивается стоимость реализации решения.
2. Отслеживать изменения напряжения на электромоторе и, в зависимости от этого, увеличивать или уменьшать «открытый» режим полупроводникового ключа.

Последний вариант значительно проще в реализации, но требует небольшой настройки под мощность используемой электромашины. Ниже приведена схема такого устройства.

Обозначения:

• Резисторы: R1 – 18 кОм (2 Вт); R2 — 330 кОм; R3 – 180 Ом; R4 и R5– 3,3 кОм; R6 – необходимо подбирать, как это делается будет описано ниже; R7 – 7,5 кОм; R8 – 220 кОм; R9 – 47 кОм; R10 — 100 кОм; R11 – 180 кОм; R12 – 100 кОм; R13 – 22 кОм.
• Конденсаторы: С1 — 22 мкФ х 50 В; С2 — 15 нФ; С3 – 4,7 мкФ х 50 В; С4 – 150 нФ; С5 — 100 нФ; С6 – 1 мкФ х 50 В..
• Диоды D1 – 1N4007; D2 – любой индикаторный светодиод на 20 мА.
• Симистор Т1 – BTA24-800.
• Микросхема – U2010B.

Данная схема обеспечивает плавный запуск электрической установки и обеспечивает ее защиту от перегрузки. Допускается три режима работы (выставляются переключателем S1):

• А – При перегрузке включается светодиод D2, сигнализирующий о перегрузке, после чего двигатель снижает обороты до минимальных. Для выхода из режима необходимо отключить и включить прибор.
• В — При перегрузке включается светодиод D2, мотор переводится на работу с минимальными оборотами. Для выхода из режима необходимо снять нагрузку с электродвигателя.
• С – Режим индикации перегрузки.

Настройка схемы сводится к подбору сопротивления R6, оно вычисляется, в зависимости от мощности, электромотора по следующей формуле: . Например, если нам необходимо управлять двигателем мощностью 1500 Вт, то расчет будет следующим: 0,25/ (1500 / 240) = 0,04 Ом.

Для изготовления данного сопротивления лучше всего использовать нихромовую проволоку диаметром 0,80 или1,0 мм. Ниже представлена таблица, позволяющая подобрать сопротивление R6 и R11, в зависимости от мощности двигателя.

Приведенное устройство может эксплуатироваться в качестве регулятора оборотов двигателей электроинструментов, пылесосов и другого бытового оборудования.

Регулятор для индуктивной нагрузки

Тех, кто попытается управлять индуктивной нагрузкой (например, трансформатором сварочного аппарата) при помощи выше указанных схем, ждет разочарование. Устройства не будут работать, при этом вполне возможен выход из строя симисторов. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.

Существует два варианта решения проблемы:

1. Подача на управляющий электрод серии однотипных импульсов.
2. Подавать на управляющий электрод постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль.

Первый вариант наиболее оптимален. Приведем схему, где используется такое решение.

Как видно из следующего рисунка, где продемонстрированы осциллограммы основных сигналов регулятора мощности, для открытия симистора используется пакет импульсов.

Данное устройство делает возможным использование регуляторов на полупроводниковых ключах для управления индукционной нагрузкой.

Источник: www.asutpp.ru

Применение симисторных регуляторов в быту

Подобные устройства применяются в быту везде, где есть необходимость плавно изменять мощность прибора или инструмента. В целом, работает такая схема по принципу снижения сетевого напряжения 230 В. А если напряжение питания электроприбора уменьшать, то пропорционально будет изменяться и его мощность.

Пример. Допустим у нас есть рассчитанный на сетевое напряжение 230 В паяльник мощностью 80 Вт. Для пайки обычных радиодеталей и нетолстых проводов этой мощности слишком много. Жало перегревается, канифоль горит и чернеет, припой не прилипает, а скатывается шариками. Это означает, что температура на кончике жала слишком большая.

А вот если уменьшить мощность такого паяльника, то перечисленные проблемы исчезнут. Сделать это можно путем снижения напряжения его питания с 230 В до, например, 80 В (почти в три раза). А поскольку мощность (а также температура нагрева жала) снижается пропорционально, то в итоге мы получим паяльник на 25-30 Вт.
Симисторные регуляторы применяются для плавного изменения мощности:

• паяльников (именно для паяльника было сделано описанное в статье устройство);
• электрических сушилок для фруктов;
• утюгов;
• обогревателей;
• других нагревательных приборов;
• пылесосов;
• электроинструментов – болгарок, орбитальных шлифовальных машинок, лобзиков;
• другого оборудования с двигателями – точильных станков, сверлильных и прочих;
• ламп накаливания.

Касательно последнего пункта стоит отметить, что именно такая схема симисторного регулятора не очень подходит. Но и об этом подробнее сказано ниже.

Простейшая схема симисторного регулятора и принцип ее работы

На рисунке ниже изображена самая простая схема регулятора мощности на симисторе. Проще никак. Для начала рассмотрим компоненты, из которых состоит устройство, и зачем они там нужны.

В данной схеме присутствует всего 5 радиодеталей:

1. Симистор U1.
2. Динистор D1.
3. Конденсатор C1.
4. Переменный резистор RV1.
5. Резистор R1.

Симистор U1 – является основным компонентом схемы. Все остальные радиодетали «работают на него». У симистора бывает всего два рабочих состояния – он может быть либо открыт, либо закрыт. Когда он открыт, электрический ток беспрепятственно протекает через него от источника питания к нагрузке. Когда закрыт – ток не течет.

Чтобы «заставить» симистор открыться и пропускать ток, на его управляющий вывод (на схеме находится слева) необходимо подать небольшое напряжение. Закрывается же он «самостоятельно», как только ток перестает течь через основные выводы.

В целом, работает это следующим образом. Напряжение в наших розетках переменное, соответственно, ток тоже бежит то в одну сторону, то в другую с частотой 50 раз в секунду. Если в момент, когда он течет, например, от источника питания к нагрузке, «заставить» симистор открыться, наш прибор получит «дозу» питания и проработает немножко.

Затем ток меняет свое направление, так как напряжение у нас переменное. Это приводит к тому, что симистор закрывается.

Поскольку направление тока из розетки может изменяться по направлению 50 раз в секунду, то мы каждый этот раз можем «пропустить» через нагрузку столько тока, сколько нам надо для получения желаемой мощности.

Например, если пропустим только половину, то 80-ваттный паяльник будет потреблять только 40 Вт, и греться в два раза слабее. А для этого нам надо каждый раз открывать симистор ровно на половине полуволны переменного напряжения. Вторая полуволна будет как бы срезаться, и для питания прибора не использоваться.

Динистор D1 – как раз и «занимается» тем, что заставляет симистор открываться в нужный нам момент. У этого компонента тоже есть всего два состояния – открыт (пропускает ток) и закрыт (не пропускает). Чтобы динистор открылся, и подал на симистор управляющий сигнал, к нему необходимо приложить определенное напряжение (около 30 В). Если напряжение меньше этого значения – он закрыт.

Конденсатор C1 – нужен для того, чтобы открывать динистор D1. Происходит это следующим образом. Когда переменный ток течет в одном из направлений, конденсатор «постепенно» заряжается, и напряжение на его выводах увеличивается. Когда оно достигает значения, достаточного для открывания динистора, последний именно это и делает. А конденсатор возвращается в исходное состояние, то есть, разряжается. И так 50 раз в секунду.

Резисторы R1 и RV1 – ограничивают ток через наш конденсатор. Чем меньше их суммарное сопротивление, тем быстрее конденсатор заряжается и достигает нужного для открытия динистора напряжения. Когда сопротивление резисторов увеличивается, ток течет меньший, и заряд конденсатора происходит медленнее.

Теперь рассмотрим слаженную работу всех этих компонентов вместе. Симистор на каждой полуволне переменного напряжения (50 раз в секунду) открывается и закрывается на определенный промежуток времени, пропуская, или наоборот, не пропуская через себя ток. В зависимости от длительности этого промежутка времени нагрузка (паяльник, двигатель, лампа) получает то или иное напряжение.

Открывается симистор в тот момент, когда на динисторе появляется достаточное для его пробоя (открывания) напряжение. За то, на каком моменте полуволны это произойдет, отвечает конденсатор. А насколько быстро или медленно он будет заряжаться, зависит от сопротивления резисторов в данный момент.

В итоге, если мы будем вращать ручку переменного резистора, мы будем менять время заряда конденсатора, момент срабатывания динистора и открывания симистора. Когда сопротивление потенциометра минимальное (ручка выкручена до упора влево), ток через конденсатор максимально большой, заряжается он быстро, динистор открывается рано, и симистор на протяжение почти всей полуволны пропускает ток на нагрузку.

Когда мы выкручиваем ручку в сторону увеличения сопротивления потенциометра, процесс заряда конденсатора замедляется, динистор открывается позже, а симистор пропускает в результате меньше тока на нагрузку.

Сборка регулятора мощности на симисторе своими руками

От теории плавно переходим к практике. Соберем симисторный регулятор мощности, используя описанную выше схему. Все ее компоненты мы «запрячем» в корпус наружной розетки, превратив ее в источник регулируемого напряжения. Хотя делать это необязательно.

Компоненты для сборки регулятора

Все вышеописанные радиодетали можно без проблем купить в любом радиомагазине. Мы же для сборки нашего регулятора возьмем их из регулятора оборотов вышедшей из строя орбитальной шлифовальной машинки (как раз эта плата уцелела и все компоненты рабочие). Вот она.

Отсюда мы заберем симистор, динистор, конденсатор и резистор. Потенциометр возьмем другой, так как имеющуюся «крутилку» вмонтировать в розетку будет невозможно. Вот что остается.

На фото можно видеть не один резистор, а два. Изначально регулятор был собран с использованием и второго резистора, но после тестирования прибора он был убран. Почему – сказано ниже.
Итак, имеем:

1. Симистор BTA06-600C. Такая маркировка означает, что он может пропускать ток силой до 6 А и рассчитан на напряжение до 600 В. Деталь можно заменить на аналогичные, но с учетом этих двух характеристик. Поскольку регулятор у нас для сетевого напряжения, то и симистор должен быть рассчитан на соответствующее напряжение. Чтобы он не перегорел от всплесков напряжения в сети, берем с запасом. Сила тока рассчитывается исходя из мощности подключаемой к регулятору нагрузки. Для этого мощность нагрузки надо разделить на напряжение в сети. Например, для паяльника на 80 Вт максимальная сила тока, которую будет пропускать симистор, составит всего 0,35 А. Как видим, нашего 6-амперного симистора хватит с большим запасом.
2. Динистор DB3. Через него текут минимальные токи, да и напряжение сравнительно невысокое. Потому можно взять практически любой похожий.
3. Конденсатор. Пленочный, неполярный, рассчитанный на напряжение более 250 В. Емкость – 0,1 микрофарад (или 100 нанофарад, что одно и то же). Обозначается такой кодом 104. Максимальное напряжение тоже обязательно должно быть указано. Если такой надписи нет, то конденсатор использовать нельзя. Электролитические полярные конденсаторы тоже использовать нельзя.
4. Резистор R1. Постоянный. Рассчитанный на рассеиваемую мощность 1 Вт. Сопротивление в данном случае 68 кОм. Хотя во многих схемах используется резистор с гораздо меньшим сопротивлением. Почему так, станет понятно во время испытаний. У начинающих радиолюбителей может возникнуть вопрос – зачем нужен этот резистор. А нужен он для того, чтобы ограничивать ток, когда ручка потенциометра выкручена так, что его сопротивление равно или близко к нулю. Если бы не было R1, то весь ток потек бы через RV1, и он бы перегорел от перегрева.
5. Переменный резистор. В распаянной схеме стоял на 250 кОм. Подходящего с таким номиналом не нашлось, потому был взят на 470 кОм. К нему параллельно был припаян постоянный резистор на 330 кОм, в результате чего переменный стал примерно на 250 кОм.
6. Маленький резистор (на фото). В разобранной схеме был на 330 кОм, и был впаян параллельно переменному резистору. Позже его пришлось удалить, так как из-за него был высокий минимальный порог регулируемого напряжения.

Остановимся немного на резисторах, так как от них зависит регулировочный диапазон в данной схеме. Начнем с R1. Чем меньше его сопротивление, тем большее максимальное напряжение мы сможем получить на выходе регулятора. Однако при уменьшении его сопротивления возрастает ток, протекающий через него во время заряда конденсатора. Соответственно, резистор может нагреваться. А потому надо брать уже не на 1 Вт, а на 2 Вт.

Переменный резистор или потенциометр. От его номинала зависит минимальное напряжение, до которого будет снижаться сетевое при помощи регулятора. Так, если взять на 250 кОм, то напряжение удастся понизить примерно до 50-70 В (при R1 68 кОм). Если же взять на 500 кОм, то напряжение получится понизить еще.

Кроме радиодеталей для сборки регулятора понадобится розетка, отрезок кабеля и вилка.

Розетку неплохо было бы закрепить на каком-либо основании, например, на деревянной колодке. Хотя при стационарном использовании ее можно пристроить и на стене, и на столе, и под ним.

Сборка регулятора и некоторые особенности устройства

Начинать сборку желательно с самого большого компонента. В данном случае им является переменный резистор. Как видно, даже штатная начинка розетки не позволяет использовать габаритный потенциометр. Кроме того, нам же внутрь еще парочку деталей запихнуть надо. В итоге, после нескольких примерок переменный резистор было решено закрепить следующим образом.

Лучше, конечно, было бы устанавливать его в ту часть розетки, где будет вся остальная начинка. А так придется соединять схему проводами достаточной для сборки и разборки длины.

Далее идет вторая по размерам деталь – симистор. На фото он установлен на небольшой радиатор. Но это не для охлаждения, так как мощность, которую мы будем питать от регулятора, всего 80 Вт. Однако с радиатором симистор встал на свое место, как родной, и крепить его никак не пришлось.

Следующим шагом идет пайка динистора. Согласно схеме – он находится одним выводом на управляющем выводе симистора. В этом симисторе управляющим является крайний правый. При распайке обвязки симистора важно ничего не перепутать. Потому, если вы используете другие компоненты (аналоги), уточняйте назначение выводов.

Далее один из проводов с вилки напрямую вставляется в один из контактов розетки. Второй же мы будем «разрывать» нашей схемой. На фото выше показано, как красным проводом соединен регулируемый контакт розетки с одной из силовых ножек симистора. Таковых у него две. И обе они равнозначные. Потому неважно, на какой из этих двух ножек будет «сидеть» наша схема.

Теперь свободный вывод динистора соединяем конденсатором с тем выводом симистора, который мы красным проводом подвели к контакту розетки. Сюда же (к динистору и конденсатору) паяем провод, который пойдет на один из выводов переменного резистора. Кстати, две из трех ножек переменного резистора необходимо предварительно соединить. Как на схеме.

Далее к проводу, который входит в регулируемый контакт розетки, паяется резистор (в нашем случае на 68 кОм 1 Вт). Остается только соединить свободный вывод переменного резистора с постоянным, соединив их, таким образом, последовательно.

Все. Регулятор готов. На фото, правда, есть еще маленький резистор. Он соединен параллельно с переменным резистором, как и было в оригинале на плате шлифовальной машинки. Однако после теста он был убран, так как из-за него напряжение удавалось понижать только до 120 В.

Проверка регулятора мощности

После сборки симисторного регулятора его необходимо протестировать. Это позволит:

1. Убедиться в его работоспособности.
2. «На ходу» скорректировать диапазон регулировки напряжения.

Для проверки нужен мультиметр и нагрузка. Мультиметр необходимо подсоединить к контактам регулируемой розетки, предварительно включив на нем режим измерения переменного напряжения более 300 В (в дешевых приборах, как на фото, это 750 В). Нагрузку нужно подключать обязательно. Иначе ток через нашу схему не пойдет, и ее работы мы, соответственно, не увидим.

⚠ Внимание! Компоненты схемы и штатная начинка розетки находятся под опасным для жизни напряжением. Потому ни в коем случае нельзя прикасаться к радиодеталям, оголенным проводам и так далее. Браться руками можно только за пластиковый корпус розетки и ручку потенциометра.

Чтобы не рисковать, проверить прибор можно и в собранном состоянии. Для этого в нашу регулируемую розетку включаем тройник или удлинитель с двумя розетками. В одну из них включаем нагрузку (паяльник, например), а во второй измеряем щупами мультиметра напряжение.

Проверка на разобранном регуляторе выглядит следующим образом.

Здесь потенциометр установлен на максимальное сопротивление. Напряжение на выходе регулятора из 230 В снизилось до 59 В. Справа от вольтметра другой мультиметр, включенный на измерение температуры. Его датчик (термопара) прикладывается к жалу паяльника. Как видно по фото, при подаче на 80-ваттный паяльник всего 59 В максимальная температура его жала составила примерно 200 °C. Этого вполне достаточно, чтобы паять при помощи припоя ПОС-60. Для пайки более тугоплавких привоев напряжение следует повысить, и жало разогреется до большей температуры.

Минимальный порог напряжения на выходе можно снизить еще больше. Для этого надо заменить резистор RV1, установив вместо 250-килоомного, например, на 500 кОм. В результате мы сможем еще больше ограничить ток через конденсатор, он будет заряжаться еще медленнее, динистор будет открываться еще позже, а симистор будет в открытом состоянии еще меньший промежуток времени. Однако это может привести к нестабильной работе регулятора, что потребует усложнения схемы путем добавки в нее еще одного конденсатора.

А это уже максимальное напряжение, которое получается на выходе нашего регулятора. Температура на кончике жала паяльника более 300 градусов (грелся еще, но не стал мучить термопару). Когда этот паяльник включен в розетку 230 В напрямую – он раскаляется и до 400 градусов, что никуда не годится.

Максимальное напряжение на выходе регулятора можно повысить. Для этого надо уменьшить сопротивление резистора R1, заменив его на другой. При этом следует помнить, что через него потечет больший ток, и на нем будет выделяться больше тепла. Соответственно, если взять резистор R1 сопротивлением 5-10 кОм, то его рассеиваемая мощность должна быть уже не 1 Вт, а 2Вт.

В данном случае это не нужно, так как и при 185 вольтах жало перегревается очень сильно.
При подключении к такому регулятору паяльника, если прислушаться, то можно различить тихое жужжание. Это нормально, и паяльнику никак не навредит.

А вот если подключить к нашему регулятору лампу накаливания, то вместо жужжания мы увидим мерцание. Чем меньше будет напряжение и яркость лампы, тем мерцания станут более заметными. Для лампы это не вредно, а вот для нашего зрения – еще как. Потому использовать данную схему в качестве диммера для ламп не стоит. Для этого есть другие схемы, ненамного сложнее этой.

Завершение

В завершение не лишним будет напомнить о нескольких вещах. Во-первых, соблюдайте осторожность при тестировании регулятора. Там высокое напряжение, способное если не убить человека, то привести к ожогам и болезненным ощущениям. Во-вторых, будьте внимательны при подборе симистора из аналогов. Учитывайте мощность нагрузки, ток и вольтаж. В-третьих, при изготовлении регуляторов по этой схеме для более мощной нагрузки от навесного монтажа стоит отказаться. Детали надо запаять на плате, и вынести ее в отдельный корпус.

Источник: knigaelektrika.ru