Тиристорный регулятор мощности: схема, принцип работы и применение

Содержание

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.

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.

Бытовые электроприборы в наших домах подключаются к одной из фаз трехфазного переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 Гц. Часто бывает необходимо регулировать мощность и напряжение на входе.

Простейший регулятор мощности можно сделать на трансформаторе.

Что такое регулятор мощности

Самые первые прототипы устройств, позволяющих уменьшать проводимую к нагрузке мощность, были разработаны с учетом закона Ома. На этом принципе и основано функционирование реостата. Его можно подключать последовательно и параллельно нагрузке. При изменении сопротивления реостата можно регулировать его мощность.

Что собой представляет регулятор мощности

При подключении реостата к нагрузке ток распределяется между ними. В зависимости от способа подключения можно контролировать разные параметры: при параллельном — разницу потенциалов, а при последовательном — напряжение и силу тока. Реостаты различаются в зависимости от использованного в их конструкции материала: металла, керамики, угля или жидкости.

При использовании реостата поглощенная им энергия никуда не исчезает, а преобразуется в тепло. При большом количестве энергии целесообразно использовать системы охлаждения, чтобы температура устройства не была слишком высокой. Отводят тепло обычно с помощью обдува или погружая резистор в масло.

Такие простейшие реостаты широко применяются, но есть один значимый недостаток — невозможность использовать его в мощных электрических цепях. Поэтому резисторы применяются только в бытовых целях (к примеру, такие есть в конструкции радио).

Обратите внимание! Обычный реостат можно сделать и самому, для этого понадобится только проволока из нихрома или константана. Ее необходимо намотать на оправку, при этом изменение проходящей мощности происходит за счет регулировки длины проволоки

Все полупроводниковые устройства сделаны на переходах или слоях (n-p, p-n). Простой диод — 1 переход и 2 слоя. Биполярный транзистор — 2 перехода и 3 слоя (трехфазный). А при добавлении четвертого слоя как раз и образуется стабилизатор мощности — тиристор. При соединении 2 тиристоров встречно-параллельно получается симистор.

Разновидности приборов

По виду выходного сигнала регуляторы разделяют на стабилизированные и нестабилизированные. Также они могут быть аналоговыми и цифровыми (интегральными). Первые строятся на основе тиристоров или операционных усилителей. Их управление осуществляется путём изменения параметров RC цепочки обратной связи. Совместно с ними для повышения мощности применяются биполярные или полевые транзисторы. Работа же интегральных устройств связана с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ), поэтому в цифровой схемотехнике используются микроконтроллеры и силовые транзисторы, работающие в ключевом режиме.

При изготовлении самодельного регулятора напряжения могут быть использованы следующие элементы:

  • резисторы;
  • тиристоры или транзисторы;
  • цифровые или аналоговые интегральные микросхемы.

Первые два типа имеют несложные схемы и довольно просты к самостоятельной сборке. Их можно изготавливать без использования печатной платы с помощью навесного монтажа, в то время как импульсные регуляторы на основе микроконтроллеров требуют более обширных знаний в радиоэлектронике и программировании.

Варианты схем регулятора мощности паяльника

Необходимые элементы для монтажа регулятора мощности паяльника своими руками


Тиристор

Симистор

Внешний вид резистора и способ отображения на схеме

Конденсатор

Диод

Диод — обозначение

Стабилитроны

Микроконтроллер

Схема регулятора мощности паяльника с выключателем и диодом

Схема с выключателем и диодом

  • диод (1N4007);
  • выключатель с кнопкой;
  • кабель с вилкой (это может быть кабель паяльника или же удлинителя — если есть страх испортить паяльник);
  • провода;
  • флюс;
  • припой;
  • паяльник;
  • нож.

Сборка двухступенчатого регулятора на весу:

  1. Зачистить и залудить провода. Залудить диод.
  2. Припаять провода к диоду. Удалить лишние концы диода. Надеть термоусадочные трубки, обработать нагревом. Можно также использовать электроизоляционную трубку — кембрик.
  3. Подготовить кабель с вилкой в том месте, где удобнее будет крепить выключатель. Разрезать изоляцию, перерезать один из находящихся внутри проводов. Часть изоляции и второй провод оставить целыми. Зачистить концы разрезанного провода.
  4. Расположить диод внутри выключателя: минус диода — к вилке, плюс — к выключателю.
  5. Скрутить концы разрезанного провода и проводов, подсоединённых к диоду. Диод должен находиться внутри разрыва.
  6. Провода можно спаять. Подключить к клеммам, затянуть винты.
  7. Собрать выключатель.

Регулятор мощности на тиристоре своими руками

Тиристорный регулятор

Схема с маломощным тиристором и световым индикатором

Тиристор VS2 КУ101Е
Резистор R6 СП-04 / 47К
Резистор R4 СП-04 / 47К
Конденсатор С2 22 мф
Диод VD4 КД209
Диод VD5 КД209
Индикатор VD6

Регулятор на тиристоре КУ202Н

Тиристор VS1 КУ202Н
Резистор R6 100 кОм
Резистор R1 3,3 кОм
Резистор R5 30 кОм
Резистор R3 2,2 кОм
Резистор R4 2,2 кОм
Резистор переменный R2 100 кОм
Конденсатор С1 0,1 мкФ
Транзистор VT1 КТ315Б
Транзистор VT2 КТ361Б
Стабилитрон VD1 Д814В
Диод выпрямительный VD2 1N4004 или КД105В

Сборка тиристорного (симисторного) регулятора мощности на печатной плате:

  1. Сделать монтажную схему — наметить удобное расположение всех деталей на плате. Если плата приобретается — монтажная схема идёт в комплекте.
  2. Подготовить детали и инструменты: печатную плату (её нужно сделать заранее согласно схеме или купить), радиодетали, кусачки, нож, провода, флюс, припой, паяльник.
  3. Разместить на плате детали согласно монтажной схеме.
  4. Откусить кусачками лишние концы деталей.
  5. Смазать флюсом и припаять каждую деталь — сначала резисторы с конденсаторами, потом — диоды, транзисторы, тиристор (симистор), динистор.
  6. Подготовить корпус для сборки.
  7. Зачистить, залудить провода, припаять к плате согласно монтажной схеме, установить плату в корпус. Заизолировать места соединения проводов.
  8. Проверить регулятор — подключить к лампе накаливания.
  9. Собрать устройство.

https://youtube.com/watch?v=4DG4_w2fe4E

Схема регулятора мощности паяльника с тиристором и диодным мостом

Схема с тиристором и диодным мостом

Резистор R1 42 кОм
Резистор R2 2,4 кОм
Конденсатор C1 10 мк х 50 В
Диоды VD1-VD4 КД209
Тиристор VS1 КУ202Н

Регулятор мощности паяльника на симисторе

Конденсатор C1 0,1 мкФ
Резистор R1 4,7 кОм
Резистор VR1 500 кОм
Динистор DIAC DB3
Симистор TRIAC BT136–600E
Диод D1 1N4148/16 B
Светодиод LED

Регулятор мощности на симисторе с диодным мостом

Схема регулятора на симисторе с диодным мостом

Регулятор на симисторе — вариант монтажа на плате

Регулятор с симистором и диодным мостом — образец

Регулятор мощности паяльника с симистором на микроконтроллере своими руками


Схема симисторного регулятора с микроконтроллером

Конденсатор C1 0.47 мкФ
Конденсатор C2 1000 пФ
Конденсатор C3 220 В х 6.3 мкФ
Резистор R1 22 кОм
Резистор R2 22 кОм
Резистор R3 1 кОм
Резистор R4 1 кОм
Резистор R5 100 Ом
Резистор R6 47 Ом
Резистор R7 1 МОм
Резистор R8 430 кОм
Резистор R9 75 Ом
Симистор VS1 BT136–600E
Стабилитрон VD2 1N4733A (5.1v)
Диод VD1 1N4007
Микроконтроллер DD1 PIC 16F628
Индикатор HG1 АЛС333Б

Регулятор мощности паяльника своими руками: проверенные рабочие схемы (6 шт)

Не всем нравится покупать неизвестно что. А некоторым приятнее сделать регулятор мощности паяльника своими руками, ведь это тоже опыт. Большинство схем собирается на симисторах и тиристорах, сейчас их найти проще чем транзисторы. Работать с ними тоже проще, так как они либо открыты, либо закрыты, что позволяет делать схемы проще.

Корпус подберите любой

Простые схемы на тиристоре

При выборе схемы регулятора мощности для паяльника важны две вещи: мощность и доступность деталей. Представленный ниже регулятор мощности паяльника собран на широко распространённых деталях, которые найти не проблема. Максимальный ток — 10 А, что более чем достаточно для выполнения работ любого рода и для паяльников мощностью до 100 Вт. Тиристор в данной схеме использован КУ202н

Обратите внимание на подключение моста. Есть много схем с ошибкой в подключении

Этот вариант рабочий. Проверен не раз.

Схема регулятора температуры для паяльника на тиристоре

При сборке схемы тиристор обязательно ставим на радиатор, чем он больше тем лучше. Схема проста, но когда она включена, создаёт помехи. Радио рядом не послушаешь и, чтобы убрать помехи, параллельно нагрузке подключаем конденсатор на 200 пФ, а последовательно дроссель. Параметры дросселя подбираются в зависимости от регулируемой нагрузки, но так как паяльники обычно не более чем на 80-100 Вт, то и дроссель можно сделать на 100 Вт. Для этого понадобится ферритовое кольцо наружным диаметром 20 мм, на которое намотано около 100 витков проводом сечением 0,4 мм².

Ещё один недостаток переведённой выше схемы — паяльник ощутимо «зудит». Иногда с этим мириться можно, иногда нет. Для устранения этого явления можно подобрав параметры конденсатора C1 так чтобы при выставленном на максимум переменном резисторе, подключённая лампа еле-еле светилась.

На других элементах но тоже без помех

Приведенный выше регулятор можно использовать для любой нагрузки. Приведем еще один аналог,но с использованием другой элементной базы. Регулировать можно не только мощность/температуру паяльника, но и любую другую нагрузку с небольшой индуктивной составляющей.

Видоизмененная схема для регулирования мощности паяльника и любой другой нагрузки с устраненным эффектом пульсации

Пульсация тут есть, но ее частота высока и она не будет восприниматься нашим зрением. Так что можно использовать не только как диммер для паяльника, но и для регулирования света от обычной лампы накаливания. Нужен ли диодный мост для регулировки мощности нагрева паяльника? Он не помешает, но необходимости в нем нет.

На тиристоре с высокой чувствительностью

Данная схема позволяет плавно изменять температуру паяльника от 50% до 100%. Есть два индикатора — питания и мощности. Светодиод наличия питания горит всегда во включенном состоянии, но при 75% мощности свечение более яркое. Индикатор мощности меняет интенсивность свечения в зависимости от режима работы.

Регулятор мощности для паяльника без помех

Чтобы регулятор поместился в корпус от зарядного устройства мобильного телефона, сопротивления используют СМД типа (1206). Все резисторы установлены на плате, кроме R 10. Некоторые могут быть составными (из последовательно соединенных резисторов собираем нужный номинал).

Для нормальной работы схемы требуется чувствительный тиристор (с малым током управления) и низким током удержания состояния (порядка 1 мА). Например, КТ503 (рассчитан на напряжение 400 В, Ток управления 1 мА). Остальная элементная база указана на схеме.

Если собрали, но напряжение не регулируется

Если собранный регулятор ничего не регулирует — не меняется температура паяльника — дело в тиристоре. Схема, вроде, работает, а ничего не происходит. Причина — тиристор с низкой чувствительностью. Токи, которые протекают в схеме, недостаточны для открытия. В таком случае стоит поставить аналог с более высокой чувствительностью (токи управления более низкие).

Один из вариантов корпуса, в который можно спрятать самодельный регулятор мощности для паяльника

Еще может регулятор работать, но паяльник начинает «зудеть». Решается такая проблема установкой дросселя на выходе (перед паяльником). Емкость надо подбирать — зависит от паяльника.  Второй вариант решения — аналоговая схема управления, а это уже другая схема.

Ну, и при проблемах с работой ищите либо неисправные детали, либо неправильно подобранные компоненты. Обычно проблема в этом.

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.


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.

Применение регулятора в быту и техника безопасности

Нельзя не сказать о том, что данная схема не обеспечивает гальванической развязки от сети, поэтому существует опасность поражения электрическим током. Это значит, что не стоит касаться руками элементов регулятора. Необходимо использовать изолированный корпус. Следует проектировать конструкцию вашего прибора так, чтобы по возможности вы могли спрятать её в регулируемом устройстве, найти свободное место в корпусе. Если регулируемый прибор располагается стационарно, то вообще имеет смысл подключить его через выключатель с регулятором яркости света. Такое решение частично обезопасит от поражения током, избавит от необходимости поиска подходящего корпуса, имеет привлекательный внешний вид и изготовлено промышленным методом.

Испытанная временем схема регулирования тока мощных потребителей отличается простотой в наладке, надежностью в эксплуатации и широкими потребительскими возможностями. Она хорошо подходит для управления режимом сварки, для пуско-зарядных устройств и для мощных узлов автоматики.

Общие принципы управление

В структуре тиристора имеется 4 полупроводниковых слоя в последовательном соединении (p-n-p-n). Контакт, подведённый к наружному p-слою — анод, к наружному n-слою — катод. Как результат, при стандартной сборке в тиристоре максимально может быть два управляющих электрода, которые крепятся к внутренним слоям. Соответственно подключённому слою проводники, по типу управления устройства делятся на катодные и анодные. Чаще используется первая разновидность.

Ток в тиристорах течёт в сторону катода (от анода), поэтому соединение с источником тока осуществляет между анодом и плюсовым зажимом, а также между катодом и минусовым зажимом.

Тиристоры с управляющим электродом могут быть:

  • Запираемыми;
  • Незапираемыми.

Показательным свойством незапираемых приборов является отсутствие у них реакции на сигнал с управляющего электрода. Единственный способ закрыть их — снизить уровень протекающего сквозь них тока так, чтобы он уступал силе тока удержания.

Управляя тиристором следует учитывать некоторые моменты. Устройство данного типа сменяет фазы работы с «выключен» на «включён» и обратно скачкообразно и только при условии внешнего воздействия: при помощи тока (манипуляции с напряжением) или фотонов (в случаях с фототиристором).

Чтобы разобраться в данном моменте необходимо помнить, что у тиристора преимущественно имеется 3 вывода (тринистор): анод, катод и управляющий электрод.

Уэ (управляющий электрод) как раз таки и отвечает за то, чтобы включать и выключать тиристор. Открытие тиристора происходит при условии, что приложенное напряжение между А (анодом) и К (катодом) становится равным или превосходит объём напряжения работы тринистора. Правда, во втором случае потребуется воздействие импульса положительной полярности между Уэ и К.

При постоянной подаче питающего напряжения тиристор может быть открыт бесконечно долго.

Чтобы перевести его в закрытое состояние, можно:

  • Снизить уровень напряжения между А и К до нуля;
  • Понизить значение А-тока таким образом, чтобы показатели силы тока удержания оказались больше;
  • Если работа цепи построена на действии переменного тока, выключение прибора произойдёт без постороннего вмешательства, когда уровень тока сам снизится до нулевого показания;
  • Подать запирающее напряжение на Уэ (актуально только в отношении запираемых разновидностей полупроводниковых устройств).

Состояние закрытости тоже длится бесконечно долго, пока не возникнет запускающий импульс.

Маркировка радиодетали

Согласно системе, указанной в ГОСТ 10862–72, для обозначения тиристора используется буквенно-цифровой код, состоящий из четырёх символов. Первый элемент кода указывает на вид материала, из которого сделано устройство. Например, Г — германий, К — кремний, А — арсенид галлия. Второй обозначает принадлежность устройства — Н-динистор, У-триак. Третий элемент характеризует функциональность, возможности и номер партии.

Так, числа с 101 до 199 обозначают диодные и незапираемые триодные тиристоры малой мощности, а интервал от 401 до 499 — триодные запираемые тиристоры средней мощности. Последняя буква указывает на тип устройства.

Но после 1989 года была принята новая система обозначений. Поэтому тиристоры, выпускаемые с начала 1989 года, маркировались уже согласно ГОСТ 20859.1.89. В основе этого обозначения используется многозначный код, состоящий из следующих элементов:

  1. На первом месте стоит буква, указывающая тип устройства. Например, ТО — оптотиристор, ТЗ — тиристор запираемый и так далее.
  2. На втором — буква, определяющая тип цепи, в которой может работать тиристор (Ч — высокочастотная, Б — быстродействующая, И — импульсная).
  3. Третья цифра — обозначает порядковый номер.
  4. Четвёртый знак — характеризует габариты корпуса прибора.
  5. Пятый — конструктивное исполнение.
  6. Шестой — допустимый ток.
  7. Седьмой — полярность. Так, буква Х указывает на то, что катод соединён с корпусом.
  8. Восьмой — класс устройства, соответствующий импульсной разности потенциалов для закрытого состояния.
  9. Последующие цифры образуют сочетание классификационных параметров.

На схемах и в литературе тиристор подписывается латинскими буквами VS. Графически же изображается наподобие диода, то есть равностороннего треугольника с вертикальной полосой у его вершины. Через середину основания и вершину проходит линия, символизирующая электрическую цепь. Но в отличие от диода у тиристора от нижней стороны треугольника дополнительно отводится прямая линия, обозначающая управляющий электрод (У).


С этим читают