Регулятор мощности на симисторе: принцип работы, варианты схем, как сделать своими руками

Схемы регуляторов мощности (диммеров) на симисторах.

Принцип работы симисторных регуляторов мощности (напряжения) в цепях
переменного тока.

Что такое симистор, принцип его работы, а также справочные характеристики некоторых популярных приборов мы с Вами внимательно рассмотрели на странице &nbspСсылка на страницу.
Там же мы отметили, что симистор пришёл на смену рабочей лошадке-тиристору и практически полностью вытеснил его из электроцепей переменного тока.

Вспомним пройденный материал.
Отличительной чертой симистора является то, что при подаче на его управляющий электрод тока (напряжения), прибор переходит в проводящее состояние, замыкая нагрузку, причём проводит ток, независимо от полярности, приложенного к нагрузке напряжения.
Полярность открывающего напряжения должна быть либо отрицательной для обеих полярностей напряжения на условном аноде, либо совпадать с полярностью “анодного” напряжения (т.е. быть плюсовой в момент прохождения положительной полуволны и минусовой – в момент прохождения отрицательной).

Итак. Важным плюсом симисторных схем в электроцепях переменного тока является отсутствие выпрямительных устройств, и двухполюсность напряжения в нагрузке, что даёт возможность подключать их, помимо всего прочего, как трансформаторам, так и электродвигателям переменного тока.

Познакомимся с расхожими схемами симисторных регуляторов.

Для начала давайте рассмотрим простейшую, но вполне себе работоспособную схему симисторного регулятора мощности с фазово-импульсным управлением, позволяющего работать с нагрузками вплоть до 1200 Вт.

Рис.1

При замене симистора на другой, с большей величиной допустимого тока, мощность нагрузки можно увеличивать практически неограниченно.

А теперь – как это всё работает?
В начале действия положительного полупериода симистор закрыт. По мере увеличения сетевого напряжения конденсатор С1 заряжается через последовательно соединённые резисторы R1 и R2. Причём увеличение напряжения на конденсаторе С1 отстаёт (сдвигается по фазе) от сетевого на величину, зависящую от суммарного сопротивления резисторов и номинала ёмкости С1. Чем выше значения резисторов и конденсатора – тем больше сдвиг по фазе.
Заряд конденсатора продолжается до тех пор, пока напряжение на нём не достигнет порога пробоя динистора (около 35 В). Как только динистор откроется (следовательно, откроется и симистор), через нагрузку потечёт ток, определяемый суммарным сопротивлением открытого симистора и нагрузки.
При этом симистор остаётся открытым до конца полупериода, т.е. момента, когда полуволна сетевого напряжения приблизится к нулевому уровню.
Переменным резистором R2 устанавливают момент открывания динистора и симистора, производя тем самым регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

При действии отрицательной полуволны принцип работы устройства аналогичен.

Диаграммы напряжения на нагрузке при различных значениях переменного резистора приведены на Рис.1 справа.

Для предотвращения ложных срабатываний триаков, вызванных переходными процессами в индуктивных нагрузках (например, в электродвигателях и обмотках трансформаторов), симисторы должны иметь дополнительные компоненты защиты. Это, как правило, демпферная RC-цепочка (снабберная цепь) между силовыми электродами триака, которая используется для ограничения скорости изменения напряжения (на схеме Рис.1 показана синим цветом).
В некоторых случаях, когда нагрузка имеет ярко выраженный ёмкостной характер, между силовыми электродами необходима индуктивность для ограничения скорости изменения тока при коммутации.

Существуют и различные модификации приведённой выше простейшей схемы диммера.

Рис.2

Дополнительная цепочка R3 C2 (Рис.2 слева) призвана увеличить максимально достижимый фазовый сдвиг между сетевым напряжением и напряжением, поступающим на левый вывод динистора, что в свою очередь позволяет производить более глубокую регулировку мощности, подводимой к нагрузке.

На схеме, приведённой на Рис.2 справа, цепь, образованная диодами D1, D2 и резистором R1, обеспечивает плавность регулировки при минимальной выходной мощности. Без неё характеристика управления регулятором имеет гистерезис, что проявляется в скачкообразном повышении регулируемой мощности от нуля до 3. 5% от максимальной.
Диодно-резисторная цепочка разряжает конденсатор при переходе сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне и, тем самым, устраняет эффект скачкообразного начального увеличения мощности в нагрузке.

Изредка можно встретить устройства, в которых регулировка мощности производится посредством отдельной схемы, которая формирует импульсы с регулируемой длительностью для управления симистором.
Такие диммеры обладают значительно лучшими характеристиками, чем представленные выше, однако обратной стороной медали является повышенная сложность устройств и необходимость наличия отдельного источника питания схемы. Исключения составляют устройства, выполненные на специализированных ИМС. Примером такой микросхемы является фазовый регулятор КР1182ПМ1.

Рис.3

Применение КР1182ПМ1 в регуляторах мощности (Рис.3) позволяет добиваться как хорошей повторяемости, так и широкого диапазона перестройки и высокой температурной стабильности.

А если уж мы решили заморачиваться созданием отдельной схемы формирования управляющих импульсов, то имеет смысл отказаться от фазово-импульсного метода управления, и обратиться в сторону регуляторов мощности, работающих по принципу пропускания через нагрузку определённого целого числа периодов сетевого напряжения в единицу времени.
При таком способе регулирования появляется возможность включения симистора вблизи точки пересечения сетевым переменным напряжением нулевого потенциала, вследствие чего радикально снижается уровень помех, вносимых в электросеть.
Освещение таким диммером не запитаешь ввиду заметного мерцания, а вот для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов – самое то.

Данная схема (Рис.4) перекочевала со страницы https://www.radiokot.ru/circuit/power/converter/50/ и представляет собой модификацию регулятора мощности, описанного в журнале Радио, 2009, № 9, с. 40–41 «В.Молчанов Симисторный регулятор мощности». Вот, что пишет автор.

«Устройство предназначено для беспомехового регулирования мощности электронагревательных приборов, работающих от сети переменного тока 220 В.
Кроме снижения уровня коммутационных помех, в регуляторе реализован принцип пропускания в нагрузку целого числа периодов сетевого напряжения. При таком способе регулирования с высокой точностью обеспечивается отсутствие постоянной составляющей напряжения на нагрузке, вследствие чего дополнительно снижается уровень искажений, вносимых в электросеть. Это особенно важно в случае мощной нагрузки.
Максимальная мощность нагрузки, подключаемой к регулятору, составляет 1 кВт. Потребляемый регулятором ток от сети не превышает 4 мА (действующее значение), типовое потребление – 3,5 мА.

На микросхеме DD1 и элементах R1, C1, VD1, VD2 выполнен синхронизированный с сетью генератор прямоугольных импульсов. Период импульсов, вырабатываемых генератором, составляет около 1,3 с. Резистор R1 регулирует скважность импульсов. Элементы DD1.1, DD1.2 и DD1.3, DD1.4 включены как два RS‑триггера, на входы которых (выводы 1 и 9 микросхемы) через делитель R7R6 поступает часть сетевого напряжения. Транзисторы VT1 и VT2 выполняют функцию мощного инвертора логических сигналов для управления симистором. Питание устройства осуществляется через параметрический стабилизатор, в котором задействованы балластный резистор R7, стабилитрон VD3 и сглаживающий конденсатор C3. Когда напряжение на верхнем по схеме сетевом выводе относительно нижнего отрицательное, стабилитрон VD3 пропускает ток в прямом направлении, когда положительное – ограничивает напряжение на выводах 1 и 9 микросхемы DD1 на уровне 10 В. Ток, проходящий через эти выводы и внутренние защитные диоды микросхемы, заряжает конденсатор C3 до напряжения около 9,2 В, которое служит для питания низковольтной части устройства. Использование защитных диодов микросхемы не приводит к её защёлкиванию, поскольку амплитудное значение тока через резистор R7 ограничено и составляет около 5 мА.

Во время проверки регулятора мощности удобно в качестве нагрузки подключить лампу накаливания (желательно на 100 Вт или более). Устройство обычно не нуждается в налаживании, но если оказалось, что симистор VS1 открывается ненадёжно (лампа в нагрузке не включается или мерцает), можно попробовать уменьшить сопротивление резистора R4 или подобрать экземпляр симистора с меньшим током открывания. Резистор R4 позволяет выставить мгновенное напряжение сети, при котором происходит открывание симистора. Это напряжение может быть рассчитано по формуле Uпор ≈ Uпит∙R7/(2∙R4), где Uпит ≈ 9,2 В – напряжение на конденсаторе C3, сопротивления резисторов R6 и R7 должны быть равны. Уменьшение сопротивления резистора R4 обеспечивает более надёжное открывание симистора, но увеличивает уровень создаваемых помех, поэтому делать его сопротивление менее 30 кОм нежелательно».

И конечно, было бы совсем неправильно не упомянуть о таком важном представителе симисторного семейства, как – оптосимистор.
Оптосимистор включается посредством освещения полупроводникового слоя и представляет собой комбинацию оптоизлучателя и симистора в одном корпусе. Преимущество – простая однополярная схема управления и гальваническая изоляция цепей управления от фаз сетевого напряжения.

Оптосимисторы могут коммутировать нагрузку как сами (Рис.5),


Рис.5

так и управлять более мощными симисторами (Рис.6).


Рис.6

За счёт полной гальванической развязки управляющих цепей оптосимистора, основное его предназначение – это управление мощностью нагрузки при помощи логических устройств или микроконтроллеров с собственными цепями питания.

Рис.7

В качестве примера на Рис.7 приведена схема регулятора мощности паяльника.
Вот, как работу этой схемы описывает уважаемый Falconist на странице сайта http://forum.cxem.net .

«Оптосимистор серии МОС204х/306х/308х содержит внутри себя схему пересечения питающим напряжением нуля, т.е. открывается только в точке нулевого значения синусоидального сетевого напряжения, независимо от момента поступления управляющего напряжения на его светодиод. Тем самым обеспечивается ключевой режим подключения нагрузки, с практически полным отсутствием ВЧ помех, проникающих в сеть 220 В. Поэтому его замена на оптосимисторы МОС302х/305х, не имеющих такой схемы, крайне нежелательна, т.к. порочит сам принцип беспомехового регулирования.
Конденсатор С1 является балластным реактивным сопротивлением. Ток, который он пропускает совместно с подключенным параллельно ему резистором R1,приближенно составляет 16 мА. Данный ток используется для питания таймера DA1 и инфракрасного светодиода оптрона DA2».

Работа таймера, формирующего управляющий сигнал для оптотиристора, аналогична работе DD1 на Рис.4 и сводится к формированию импульсов с изменяемой скважностью.

Регулятор мощности на симисторе своими руками

Простейший регулятор мощности на симисторе легко можно собрать своими руками, даже если вы не радиолюбитель. Описанный в статье прибор состоит из копеечных деталей, которые без проблем покупаются в радиомагазине или достаются из вышедшей из строя техники (не со всякой, но об этом позже). Принцип работы, отладка и сборка регулятора описаны таким образом, чтобы любой, кто мало-мальски умеет пользоваться паяльником, смог повторить схему самостоятельно.

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.

Схема регулятора мощности на симисторе

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.

Читайте также:  Подключение счетчика через трансформаторы тока

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.

Устройство регулятора мощности своими руками

Устройства, позволяющие управлять работой электрических приборов, подстраивая их под оптимальные характеристики для пользователя, прочно вошли в обиход. Одним из таких приспособлений является регулятор мощности. Применение таких регуляторов востребовано при использовании электронагревательных и осветительных приборов и в устройствах с двигателями. Схемотехника регуляторов разнообразна, поэтому порой бывает затруднительно подобрать себе оптимальный вариант.

Простейший регулятор энергии

Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название — реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.

Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:

  • металлическими;
  • жидкостными;
  • угольными;
  • керамическими.

Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.

Реостат — довольно универсальное приспособление. Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.

Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.

Виды современных устройств

Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.

На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:

  1. Фазовые. Используются для управления яркости свечения ламп накаливания или галогенных ламп. Другое их название — диммеры.
  2. Тиристорные. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока.
  3. Симисторные. Мощность регулируется вследствие изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку.
  4. Регулятор хода. Позволяет плавно изменять электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель.

При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:

  • плавность регулировки;
  • рабочую и пиковую подводимую мощность;
  • диапазон входного рабочего сигнала;
  • КПД.

Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.

Тиристорный прибор управления

Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.

Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.

Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.

Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.

Симисторный преобразователь мощности

Симистор — полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.

Читайте также:  Самостоятельное крепление полок к стене разными способами

Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.

Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.

Фазовый способ трансформации

Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.

Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.

При работе диммеров в широком спектре частот возбуждаются электромагнитные помехи. Такие излучения приводят к снижению КПД из-за появления паразитного тока в проводниках. Для борьбы с такими токами в конструкцию добавляются индуктивно-ёмкостные фильтры.

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Originally posted 2018-07-04 07:13:04.

Как сделать регулятор мощности на симисторе своими руками: варианты схем

Для управления некоторыми видами бытовых приборов (например, электроинструментом или пылесосом) применяют регулятор мощности на основе симистора. Подробно о принципе работы этого полупроводникового элемента можно узнать из материалов, размещенных на нашем сайте. В данной публикации мы рассмотрим ряд вопросов, связанных с симисторными схемами управления мощностью нагрузки. Как всегда, начнем с теории.

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.

Форма сигнала на выходе регулятора мощности: А – 100%, В – 50%, С – 25%

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.

Рисунок 2. Схема простого регулятора мощности на симисторе с питанием от 220 В

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.

Регулятор мощности с обратной связью

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.

Таблица для подбора номиналов сопротивлений 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.

Схема регулятора мощности для индуктивной нагрузки

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

Осциллограммы входного (А), управляющего (В) и выходного сигнала (С) регулятора мощности

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

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

В завершении статьи приведем пример простейшего регулятора мощности. В принципе, можно собрать любую из приведенных выше схем (наиболее упрощенный вариант был приведен на рисунке 2). Для этого прибора даже не обязательно делать печатную плату, устройство может быть собрано навесным монтажом. Пример такой реализации показан на рисунке ниже.

Самодельный регулятор мощности

Использовать данный регулятор можно в качестве диммера, а также управлять с его помощью мощными электронагревательными устройствами. Рекомендуем подобрать схему, в которой для управления используется полупроводниковый ключ с соответствующими току нагрузки характеристиками.

Мощный симисторный регулятор мощности

Здравствуй мой дорогой читатель. Сегодня я хочу рассказать про нюансы мощных симисторных регуляторов мощности, которые заполонили наш рынок. Теперь так называемые диммеры продают даже в отделах продажи дистилляторов, для регулировки температуры нагрева материала в перегонных аппаратах.

Схема мощного симисторного регулятора мощности

Внесу немного ясности о схеме. Схема симисторного регулятора мощности является типичной и в нее может быть включен любой, подходящий вам по параметрам симистор серии BTA, например BTA06-600, BTA16-600 и так далее. Номиналы элементов при этом пересчитывать не нужно. Работу схемы я описывал в статье «Диммер своими руками», и сейчас немного поговорим о другом.

В качестве полупроводника я применил BTA41-600 и мог бы заявить вам, что регулятор мощности рассчитан на 8.5кВт, как это делают большинство продавцов. Да, симистор BTA41-600 рассчитан на максимальный средний ток 40А. Но, во-первых, должен быть запас по току, а во-вторых не только от параметров симистора зависит мощность собранного устройства. От чего же еще может зависеть мощность диммера?

В первую очередь от запаса тока симистора. Для меня это примерно 30% запас. Разница по цене будет несущественной.

Вот пример симисторного регулятора из Китая. Продавец утверждает, что его мощность достигает 4кВт.

Сфотографировано так близко, чтобы выполнить обман зрения и внушить большие размеры теплоотвода. Если вы представляете, что такое 4000Вт, то подумайте, какое сечение провода нам необходимо для пропускания через себя тока 18А. Нет, конечно, если такой диммер включить на 30 секунд, то он может и выдержит, но обычно нагрузкой служат мощные лампы или ТЭН, которые работают часами. Теперь посмотрите ширину дорожек печатной платы этого самого китайского диммера.

Да не выдержат они 4кВт долговременно, будут до ужаса греться даже на 3кВт, а потом перегорят. Поэтому вторым критерием является сечение проводов и дорожек печатной платы. Чем шире и толще, тем лучше. И чем короче они, тем также лучше. В обязательном порядке необходимо их лудить оловом или паять вдоль дорог медную жилу.

Для сведения, медный провод сечением 2.5мм 2 рассчитан на максимальный долговременный ток 27А. Из своего опыта скажу, что при использовании такого провода на нагрузке 3000Вт (ток 14А) в течение 1 часа, он хорошо нагревается. Но это нормально. А уже при 27А изоляция такого провода будет плавиться.

Еще, при такой мощности (3000Вт и более) я отказываюсь от всяких разъемов, зажимных клемм и стараюсь все провода паять сразу к печатной плате. Так как все эти клеммы и разъемы являются уязвимым местом, чуть контакт ослаб и происходит нагрев, а дальше обгорание проводов.

Третий критерий мощного регулятора это теплоотвод. Однажды я выполнял измерение температуры теплоотвода площадью 200см 2 при эксплуатации диммера на нагрузку 1кВт в течение 5 часов. Температура достигла 90 0 С. Для отвода тепла при эксплуатации на мощности 3кВт понадобится радиатор с внушительной площадью поверхности, если мы говорим про долговременную работу. Иначе получим настоящую печь.

Рекомендую в качестве теплоотвода использовать радиатор с вентилятором от ПК, даже небольшой такой теплоотвод с принудительным охлаждением дает отличный результат на мощности 4кВт.

Читайте также:  Сколько варится говядина кусочками

Китайский радиатор, на мощности 4000Вт позволит лишь регулятору не выйти из строя за ближайшие минуты.

Также и наши продавцы, закупая диммеры в Китае, заявляют мощность, которую они долговременно регулировать не могут.

Множество видео роликов про регуляторы мощности имеется на одном из известных видео порталов. Практически все блоггеры демонстрируют их тест на лампах накаливания. Лампа накаливания 60-80Вт может работать через наше устройство без радиатора, это и я проверял. А вот на мощности 1000Вт и выше рисуется совсем другая картина.

Существуют вентиляторы на разное питающее напряжение, в продаже есть вентиляторы и с напряжением питания 220В переменного тока. У меня же напряжение питания 12В постоянного тока. И в качестве источника я применил небольшой импульсный блок питания 12В 1А.

О стеклянном предохранителе. Не советую. На заднюю панель регулятора мощности вывел держатель предохранителя с колпачком. Предохранитель установил на 15А, нагрузка составляла 3000Вт.

Это было что-то. Грелся весь узел, не притронуться рукой. Поэтому, вместо стеклянных предохранителей устанавливайте автоматический выключатель. Например, если нагрузка 3кВт, то выключатель на 16А.

В своем регуляторе мощности я использовал тумблер на 25 Ампер, у которого были две группы контактов. Чтобы повысить надежность я соединил их параллельно медным проводом, сечением 2.5мм 2 .

Корпус диммера я использовал из пластмассы. Для удобства я установил на корпус розетку с керамической вставкой на 16 Ампер.

Также я добавил еще один переменный резистор на 50кОм для более точной (плавной) подстройки.

Вентилятор, розетку и импульсный блок питания я прикрепил к корпусу винтами М3 и гайками, не забыв и про шайбы. В теплоотводе я выполнил отверстия и нарезал резьбу для крепления к нему симистора BTA41-600, а также отверстия с резьбой для крепления самого теплоотвода к корпусу. Как нарезать резьбу в радиаторе я описывал в статье «Нарезаем резьбу в радиаторе усилителя НЧ».

Вилка регулятора рассчитана на ток 16 Ампер. Ее провода припаяны напрямую к печатной плате, миную разъемы и клеммы.

Выводы симистора, при его монтаже, рекомендуется делать как можно короче.

Вывод.

Чтобы собрать мощный симисторный регулятор мощности, помимо выбора параметров симистора необходимо учесть такие конструктивные особенности, как ширина и толщина дорожек печатной платы, сечение соединительных проводов, замена разъемов и клемм пайкой, площадь поверхности теплоотвода, номинальная мощность вилок и розеток. Ведь для регулятора мощности 6кВт (27А) нужны совсем другие розетки, вилки, провода и так далее…

Печатная плата регулятора мощности СКАЧАТЬ

Как сделать своими руками регулятор мощности: схемы, принцип работы, основные элементы и особенности сборки (85 фото и видео)

Электроника – интересная, увлекательная и полезная наука. Всё, что нас окружает, чем пользуемся в быту, офисе, производстве, основано на управлении электронными приборами.

Люди разных возрастов (от 7 до 70 лет), увлеченные электроникой, приносят пользу человечеству, изобретая, конструируя, создавая приборы управления, гаджеты, вычислительную технику, телевизоры, музыкальные центры, аппаратуру связи и управления космической техникой и многое другое.

Бил Гейтс и Марк Цукерберг, Борис Евсеевич Черток и Николай Алексеевич Пилюгин, Александр Степанович Попов и Владимир Кузьмич Зворыкин – великие электронщики, создавшие мощную инфраструктуру, без которой современная жизнь немыслима.

Краткое содержимое статьи:

Идеи автоматизации двигают прогресс

Одним из разделов электроники является автоматизация и управление электронными и электрическими приборами.

Широкое применение имеют коммутационные приборы – тиристоры, разделяющиеся на типы:

  • кремниевый управляемый выпрямитель;
  • тетроидный тиристор;
  • симметричный (двунаправленный) триодный тиристор или симистор;
  • диодный тиристор – динистор;
  • симметричный динистор.

В различных бытовых приборах и электрических инструментах для регулировки мощности используется симисторный регулятор мощности.

Принцип работы симисторного регулятора мощности

Принцип работы симисторного регулятора мощности состоит в уникальных свойствах симистора, работающего как управляемое реле.

Симистор представляет собой два кремниевых управляемых выпрямителя (КУВ), включенных встречно, что позволяет протекать току в обоих направлениях и использовать симистор для коммутации и передаче переменного тока.

Симистор имеет три вывода, два из которых основные (силовые), обозначаются Т1; Т2 или ОВ1; ОВ2, третий – управляющий, обозначается УЭ или G.

Когда управляющий вывод обесточен, на основных выводах напряжение отсутствует, так как КУВы запирают электрическую цепь.

При подаче напряжения на управляющий вывод оба КУВа открываются, и через симистор протекает переменный ток.

Применяется симистор в различных устройствах:

  • переключатель для включения электрической нагрузки;
  • регуляторы:
  • яркости света;
  • скорости вращения электродвигателя;
  • мощности.

Схема регулятора мощности своими руками

Регулятор мощности просто сделать на тиристоре или симисторе своими руками. Тиристор пропускает ток в одном направлении и работает как пускатель.

Достоинства перед последним в том, что нет искрения в контактной группе, потому что тиристор прибор полупроводниковый бесконтактный.

Симистор, как уже говорилось, пропускает переменный ток и в зависимости от величины напряжения на управляющем входе регулирует напряжение на выходе схемы, в которую включен.

Схемы регулятора мощности можно найти в Интернете и выбрать по своим требованиям.

Инструкция, как сделать регулятор мощности

Для изготовления регулятора мощности понадобятся:

  • радиодетали в соответствии с применяемой схемой;
  • печатная плата;
  • корпус для будущего устройства;
  • паяльник;
  • пинцет;
  • бокорезы;
  • держатель для монтажной платы;
  • игла;
  • кисточка;
  • хлористое железо для травления печатной платы;
  • припой;
  • канифоль или флюс.

Корпус, в зависимости от фантазии конструктора можно склеить из пластика по размерам изделия, можно подобрать готовые корпуса от розеток, тройников или встроить устройство в инструмент, для которого делается регулятор.

Порядок выполнения работ

В первую очередь готовится печатная плата из куска фольгированного текстолита. На приобретенном куске текстолита размечаем расположение элементов схемы, отмечаем необходимые размеры платы и вырезаем её.

Обезжириваем фольгу, чистим мелкой шкуркой, рисуем карандашом монтажную схему регулятора, соответствующую принципиальной.

Лаком (можно лаком для ногтей) обводим карандашный рисунок. После высыхания лака опускаем плату в ванночку с хлористым железом и вытравливаем медную фольгу не участвующую в работе схемы.

В местах установки элементов схемы сверлим отверстия, наносим на остатки фольги пленку флюса и лудим дорожки и площадки, создавая токоведущие соединения. По готовности платы к установке элементов заканчиваем монтаж их установкой и впаиванием.

Устанавливаем симистор или тиристор на радиаторе для отвода тепла.

Припаиваем по схеме провода питания

Перед первым включением необходимо прозвонить всю схему и убедиться в том, что она собрана правильно. Убедившись в правильной сборке, подключаем на выход нагрузку. Наглядной нагрузкой для определения правильности работы регулятора может служить лампочка.

Изменяя положение ползунка потенциометра, убеждаемся в изменении интенсивности свечения лампы.

Схема работает и её можно использовать для регулировки мощности любой нагрузки.

Симисторный регулятор мощности

Простейший симисторный регулятор мощности состоит из симистора, переменного резистора и емкости (конденсатора).

Работает схема следующим образом. При включении устройства в сеть начинает заряжаться конденсатор.

Когда напряжение на нем достигнет напряжения открывания симистора, на выход схемы поступает импульс положительной или отрицательной полярности в соответствии с поступившей на вход полуволной. При переходе синусоиды входного тока через ноль симистор закрывается.

Переменный резистор и емкость образуют RC-цепочку, формирующую величину отсечки, т.е. время между двумя импульсами тока на выходе схемы. Чем больше их величины, тем больше величина отсечки и меньше ток, протекающий через нагрузку.

Применение регуляторов мощности на симисторе вместо переменного резистора, подключенного последовательно с нагрузкой, снижает потребление электроэнергии и повышает долгосрочность работы устройства.

Наладка и исследование регулятора мощности

Сегодня на блоге публикую статью, с которой выступает в Конкурсе наш постоянный читатель, писатель и комментатор – Алексей Сидоркин, известный также под ником Alex S. Статья участвует в Конкурсе статей лета 2017 г. Алексей не раз принимал участие в Конкурсах, привлекая внимание читателей, и вызывая живое обсуждение.

На этот раз статья – целое исследование с применением компьютерного моделирования и построения графиков в программе Excel. Программу, кстати, можно будет скачать в конце статьи.

Итак, слово Автору:

Наладка регулятора мощности на симисторе

На мой взгляд, представленный материал будет интересен для любителя тем, что показывает экспериментальную возможность подбора состава элементов и их номиналов, исходя из наличия. Вместе с тем, дает практику работы с электронной таблицей Excel в виде ссылки на xls-файл с открытым кодом [1].

Excel – мощный инструмент и для дома, и для работы любого специалиста, великолепно поддается программированию на языке VB Excel. Литературы и справочников по Excel масса, наиболее удачные, с моей точки зрения, могу отметить в комментариях на СамЭлектрик. Автор разработал ряд программ на базе Excel, успешно используемых теперь реальными предприятиями.

Исходная схема регулятора мощности

Исходная схема с «приблизительными» номиналами элементов была собрана на плате от регулятора яркости бывшей настольной лампы из 70-х годов прошлого века, а элементы L1, C1, L2, C2 просто остались. В качестве прототипа взята схема регулятора мощности [2] на симисторе с неоновой лампой на управляющем электроде. Элементная база, включая симистор BT139-600B, изменена по наличию. Элементы силовой цепи на схемах [3] рис.1 и рис.4 выполнены толстыми линиями, элементы управления – тонкими.

Рис.1. Исходная схема регулятора мощности.

Экспериментальная наладка

Наладка обычно производится после нового монтажа, а также после замены какого-либо элемента изделия. Цель – согласование номиналов элементов управления с силовой цепью устройства, главным образом с конкретным симистором, при удовлетворительной линейности характеристики. В процессе наладки рассматриваемого устройства производились измерения напряжения и тока нагрузки (для расчета мощности) или непосредственно измерение потребляемой мощности при различных углах поворота движка регулятора.

Для оценки работы регулятора мощности фиксировались параметры одних и тех же, но разных по мощности активных нагрузок (лампа накаливания, кипятильник в стакане с водой и утюг номинальной мощностью соответственно 100, 500 и 1000 Вт). С целью удобства сопоставления и обобщения результатов экспериментов, анализировались не абсолютные значения мощности, а их относительные (приведенные) величины.

Рис.2. Внешний вид регулятора мощности.

Параметры нагрузки в зависимости от угла поворота движка регулятора

Пояснения к таблице, скопированной из Excel-файла:

  • угол поворота 290° [4] – это упор резистора;
  • U – напряжение на нагрузке, прямое измерение, мультиметр M890F (исходная схема без R4);
  • I – ток нагрузки, прямое измерение, мультиметр DT9208A (исходная схема без R4);
  • P = U * I – потребляемая мощность, расчетное значение;
  • Pотн. = P / Pmax – относительная (приведенная) мощность, расчетное значение;
  • расцветка выделенных значений параметров соответствует расцветке линий на графике;
  • индекс “w” относится к измерениям с использованием ваттметра DuVolt PowerMeter (уже с R4);
  • «цифровое заполнение» каждой ячейки в строках “P” , “Pотн.” и “Pwотн.” происходит автоматически согласно формуле в ячейке (=результат математических действий со ссылкам на другие ячейки, содержащие известные величины).

Рис.3. Экспериментальные кривые при наладке регулятора мощности: тонкие линии – исходная схема, толстые линии – схема после наладки.

В среде Excel кривые на графике выстраиваются «автоматически» по величинам из заданного диапазона ячеек таблицы. Все параметры построения и оформления графика задаются по желанию пользователя.

Как видно по ходу кривых, регулировка мощности в исходной схеме начинается только после поворота движка регулятора на угол более 45° (это поворот «впустую»), и лишь после наблюдается нарастание мощности, причем, не пропорционально углу поворота.

С целью “линеаризации” (выпрямления) регулировочной характеристики параллельно потенциометру R2 был установлен добавочный постоянный резистор R4=750к.

Но прежде я экспериментально подобрал этот номинал, временно впаяв в схему переменный резистор 1M:

– установил угол поворота движка потенциометра/резистора R2 в положение “0” (ноль) мощности регулятора;

– вращая движок резистора R4, добился момента полного гашения нагрузки (по амперметру/ваттметру 0 – это важно! – момент эффективного воздействия всех элементов управления на открытие/закрытие симистора);

– после отключений (схемы от 220 В и R4 от схемы!) измерил сопротивление переменного резистора (у меня получилось 750к) и заменил постоянным номиналом.

Теперь (при R4=const) нужно снять характеристики наших нагрузок при различном положении движка резистора R2 (группа кривых толстыми линиями).

Измерение мощности на нагрузках

К этому времени я получил через Интернет-магазин бытовой ваттметр DuVolt PowerMeter 3 (анализатор расхода электроэнергии) и предварительно сделал несколько контрольных измерений мощности новым ваттметром и параллельно моими цифровыми мультиметрами на совпадение показаний/расчетных значений мощности. Результаты уложились в паспортные показатели точности упомянутых приборов. Покупкой ваттметра доволен.

Дальнейшее снятие характеристик (заполнение таблицы) с теми же нагрузками производил с использованием этого прибора уже без измерения напряжения и тока на нагрузке. Видно, что после установки резистора R4 характеристики сместились и стали более прямолинейными, исходящими из «0», чего и добиваются «линеаризацией».

Рис.4. Схема регулятора мощности после наладки.

Индуктивности/дроссели L1 и L2, как оказалось позже, сыграли отрицательную роль. А именно, будучи намотаны на ферритовых стержнях, при длительной нагрузке 1..1,5 кВт стали перегреваться, и их ПХВ-оболочка оплавилась и обуглилась. Изначально ПХВ-оболочка скрыла их “коварную” ферритовую сущность, дроссели превратились в серьезную нагрузку в силовой цепи регулятора, и их пришлось удалить из схемы. Убрал и конденсаторы на входе питания 220в.

Анализ максимальных табличных значений мощностей по нагрузкам показывает, что включенные через регулятор электроприборы не добирают своей полной мощности даже при крайнем положении движка регулятора, особенно кипятильник (470 вместо 500 Вт – 94%) и утюг (790 вместо 1000 Вт – 80%). Получается, для работы нагрузок/электроприборов на полную мощность их следует включать в сеть напрямую.

Так и предусмотрено в схемах фирменных электроинструментов – при полном нажатии курка срабатывают контакты прямого включения, минуя регулятор оборотов. Этот недостаток кроется и в схемном решении рассматриваемого регулятора и его устранение, вероятно, потребует детального анализа осциллограмм работы схемы и корректировки ее элементов, что не входит в объем представленной статьи.

Источники

  1. • Характеристики регулятора мощности.xls / , xls, 113.5 kB, скачан: 414 раз./
    – программа анализа и построения графика .
  2. Простой регулятор мощности для паяльника – https://oldoctober.com/ru/power_regulator/
  3. • Сплан – Splan_7.0_rus – программа для черчения электрических схем / Программа непрофессиональная, но очень удобна в быстром и простом начертании схем. Архив содержит русский хелп, библиотеки компонентов, файл установки, просмотрщик, файл описания. Не требует ключа активации, работает сразу после установки., rar, 3.55 MB, скачан: 15951 раз./
  4. Alt-коды вывода спецсимволов – https://ru.wikipedia.org/wiki/Alt-код

Голосуйте за Алексея, голосование начнется в конце апреля, следите за новостями на блоге (подписывайтесь) и в группе ВК (вступайте).

На всякий случай напоминаю, что описанный в статье регулятор – почти тот же современный диммер, разве вместо тиратрона (неоновой лампы) использован динистор, по принципу действия такой же, но полупроводниковый прибор.

Принцип работы диммера на симисторе рассмотрен мной здесь, а его ремонт – здесь.

Ссылка на основную публикацию