Регуляторы мощности получили широкое применение в повседневной жизни. Их использование очень разнообразное: от регулирования величины яркости освещения до управления оборотами различных двигателей, с их помощью можно выставлять требуемую температуру различных нагревательных приборов. Таким образом, регулировать мощность можно для нагрузки любого вида как реактивной, так и активной.
Регулятор мощности представляет собой определённую электронную схему, с помощью которой можно контролировать значение энергии, подводимой к нагрузке.
Устройства, предназначенные для управления значениями мощности, разделяют по способу регулировки:
По виду выходного сигнала:
- стабилизированные;
- не стабилизированные.
Регулировка осуществляется при питании как от постоянного, так и переменного напряжения. Управлять можно величиной напряжения или тока.
По своему виду расположения регуляторы могут быть портативными и стационарными, устанавливаться в любом положении: вертикальном, потолочном, горизонтальном, крепиться на специальную дин рейку или встраиваться. Конструктивно выполняются как на специализированных печатных платах, так и с помощью навесного монтажа.
Основными характеристиками , на которые следует обращать внимание, являются следующие параметры:
- плавность регулировки;
- рабочая и пиковая подводимая мощность;
- диапазон входного рабочего напряжения;
- диапазон задания напряжения, поступающего на нагрузку;
- условия эксплуатации.
Тиристорный регулятор мощности
Схема и принцип работы такого устройства не отличается особой сложностью. Основное назначение тиристорного преобразователя — управление устройствами с малой мощностью, но в редких случаях и большой. В основе работы лежит использование задержки включения тиристорного ключа на полупериоде переменного тока. Главным компонентом такой схемы является тиристор, работающий в режиме ключа. При появлении разности потенциалов на управляющем контакте он открывается. Чем больше задержка при включении, тем меньше мощности поступает в нагрузку.
Простейшая схема, кроме тиристора, содержит два биполярных транзистора, два резистора, задающих рабочую точку, и конденсатор. Транзисторы, работая в режиме ключа, формируют управляющий сигнал. Как только разность потенциалов на конденсаторе достигает значения, равному рабочему, то транзисторы открываются, и подаётся сигнал на управляющий контакт. Конденсатор начинает разряжаться до следующего полупериода.
Преимущества этого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом используется как активная, так и пассивная система охлаждения.
Применяется тиристорный регулятор для управления мощностью бытовых (паяльники, электронагреватели, лампы накаливания и т. д.) и производственных приборов (плавный запуск мощных силовых установок). Агрегат может быть однофазным и трёхфазным.
Изготовление устройства самостоятельно
Если есть необходимость использовать тиристорный регулятор мощности, можно своими руками сделать прибор неплохого качества. Для этого нужно в специализированной точке продаж приобрести набор, содержащий подробную схему с описанием принципа сборки и работы. Или можно использовать любую схему из интернета или литературы и спаять устройство самостоятельно.
В качестве тиристоров можно использовать любой тип, например, отечественный КУ202Н или импортный bt151, в зависимости от необходимой мощности. Кроме тиристора, значение последней будет также зависеть от параметров , применяемого в схеме. Регулировка мощности осуществляется с помощью переменного резистора. Если нет возможности или желания изготовить печатную плату, можно собрать прибор с помощью навесного монтажа. При этом необходимо тщательно заизолировать все места соединений во избежание короткого замыкания.
Симистор является полупроводниковым элементом, предназначенным для использования в цепях переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, проводящего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях. Именно из-за этой способности симистор и применяется в сетях переменного тока.
Мощность регулируется в этом случае путём изменения количества полупериодов напряжения, которые действуют на нагрузку. Главное отличие от тиристорных схем в том, что здесь не используется выпрямительное устройство. Работа схемы основана на принципе фазного управления, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода сетевого напряжения через ноль.
Этот прибор используется для управления нагревательными элементами, лампами накаливания, оборотами двигателя. Сигнал на выходе устройства имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.
Самостоятельное изготовление прибора даже проще, чем изготовление тиристорного регулятора. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа BT137−600E или MAC97A6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием этих элементов отличается простотой изготовления.
Фазовый регулятор
Фазовое регулирование используется для плавного запуска двигателей различного типа или управления током при заряде аккумулятора. Один из видов таких приборов является диммер.
Основа работы лежит в изменении угла открытия ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижается действующая величина напряжения.
Достоинство такого типа регулирования — низкая стоимость ввиду применения недорогих радиодеталей. А вот основной недостаток — значимый коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.
Нередко в конструкции такого вида регуляторов используются микросхемы низкочастотного типа. Благодаря этому регулятор способен быстро изменять мощность. Фазовые регуляторы редко стабилизируют с помощью стабилитронов, обычно роль стабилизатора выполняют попарно работающие тиристоры.
Регулятор мощности для паяльника своими руками
Рассмотрим пример изготовления регулятора тока своими руками. Например, будем регулировать мощность паяльника. Регулирование в таком устройстве позволяет не перегревать место пайки и способно защищать жало паяльника от выгорания.
Такого типа устройства выпускаются достаточно давно. Одним из видов его был отечественный прибор, носящий название «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял использовать низковольтный паяльник напряжением 36 вольт, питаемый от сети 220 В.
Регулятор на симисторе КУ208Г
Схема прибора довольно интересная и простая в реализации. Отличительной её особенностью является использование неоновой лампочки.
Конденсатор, величиной порядка 0,1 мкФ, предназначен для генерации пилообразного импульса и защиты схемы управления от помех. Резисторы применяются для ограничения тока, а с помощью переменного резистора ток регулируется, его величина составляет около 220 кОм. Неоновая лампочка позволяет выполнять линейное управление и одновременно является индикатором. По интенсивности её яркости можно контролировать регулировку.
Недостатком такой схемы будет слабая информированность о мощности паяльника. Для наглядного отображения значений выставленного значения, при достаточном уровне радиоподготовки, можно применить микроконтроллер, например, pic16f628a. На нем также возможно будет выполнить электронную регулировку мощности, отказавшись от переменного резистора.
Регулировка на интегральном стабилизаторе
Ещё одним способом управления мощностью является применение интегральных стабилизаторов. Используя такое устройство, очень легко изготовить диммер для 12 вольтового регулятора напряжения. Такое устройство простое в сборке и обладает встроенной защитой, может использоваться как для подключения паяльника на 12 В, так и светодиодной ленты. Обычно переменный резистор подключается к входу управляющего электрода микросхемы. Недостаток — сильный нагрев стабилизирующей микросхемы.
Переменное напряжение сети 220 В понижается через трансформатор до 16−18 вольт. Далее через диодный мост и сглаживающий конденсатор выпрямленное значение поступает на вход линейного стабилизатора. С помощью переменного резистора посредством изменения рабочей характеристики микросхемы выставляется требуемое напряжение на выходе. Такое напряжение будет стабилизированным и для нашего случая составит 12 вольт.
При самостоятельном изготовлении приборов соблюдайте осторожность и помните про технику безопасности при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный регулятор из исправных деталей не требует настройки и сразу начинает работать.
Многие паяльники продаются без регулятора мощности. При включении в сеть температура повышается до максимальной и остаётся в таком состоянии. Для её регулировки нужно отключать прибор от источника питания. У таких паяльников флюс моментально испаряется, образуются окислы и жало находится в постоянно загрязнённом состоянии. Его приходится часто чистить. Для припаивания больших компонентов нужна высокая температура, а маленькие детали можно сжечь. Во избежание таких проблем делают регуляторы мощности.
Как сделать надёжный регулятор мощности для паяльника своими руками
Регуляторы мощности помогают управлять степенью нагрева паяльника.
Подключение готового регулятора мощности нагрева
Если у вас нет возможности или желания возиться с изготовлением платы и электронными компонентами, то можете купить готовый регулятор мощности в магазине радиотоваров или заказать в интернете. Регулятор ещё называют диммером. В зависимости от мощности, устройство стоит 100–200 рублей. Возможно, после покупки вам придётся немного доработать его. Диммеры до 1000 Вт обычно продаются без радиатора охлаждения.
Регулятор мощности без радиатора
А устройства от 1000 до 2000 Вт с маленьким радиатором.
Регулятор мощности с маленьким радиатором
И только более мощные продаются с большими радиаторами. Но на самом деле, диммер от 500 Вт должен иметь небольшой радиатор охлаждения, а от 1500 Вт уже устанавливают крупные алюминиевые пластины.
Китайский регулятор мощности с большим радиатором
Учтите это при подключении прибора. Если необходимо, установите мощный радиатор охлаждения.
Доработанный регулятор мощности
Для правильного подключения устройства к цепи посмотрите на обратную сторону печатной платы. Там указаны клеммы входа IN и выхода OUT. Вход подключается к сетевой розетке, а выход к паяльнику.
Обозначение клемм входа и выхода на плате
Монтаж регулятора производится разными способами. Для их осуществления не нужны специальные знания, а из инструментов вам понадобятся только нож, дрель и отвёртка. Например, можно включить диммер в шнур питания паяльника. Это самый лёгкий вариант.
- Разрежьте кабель паяльника на две части.
- Подключите оба провода к клеммам платы. Отрезок с вилкой прикрутите ко входу.
- Подберите подходящий по размеру пластиковый корпус, проделайте в нём два отверстия и установите туда регулятор.
Ещё один простой способ: можно установить регулятор и розетку на деревянную подставку.
К такому регулятору можно подключать не только паяльник. Теперь рассмотрим более сложный, но компактный вариант.
- Возьмите большую вилку от ненужного блока питания.
- Извлеките из неё имеющуюся плату с электронными компонентами.
- Просверлите отверстия для ручки диммера и двух клемм под входную вилку. Клеммы продаются в радиомагазине.
- Если ваш регулятор со световыми индикаторами, то для них тоже сделайте отверстия.
- Установите в корпус вилки диммер и клеммы.
- Возьмите переносную розетку и включите в сеть. В неё вставьте вилку с регулятором.
Это устройство, как и предыдущее, позволяет подключать разные приборы.
Самодельный двухступенчатый регулятор температуры
Самый простой регулятор мощности - двухступенчатый. Он позволяет переключаться между двумя значениями: максимальным и половиной от максимального.
Двухступенчатый регулятор мощности
Когда цепь в разомкнутом состоянии, ток протекает через диод VD1. Выходное напряжение 110 В. При замыкании цепи выключателем S1 ток обходит диод, так как он подключён параллельно и на выходе получается напряжение 220 В. Диод подбирайте в соответствии с мощностью вашего паяльника. Выходная мощность регулятора рассчитывается по формуле: P = I * 220, где I - ток диода. Например, для диода с током 0,3 А мощность считается так: 0,3 * 220 = 66 Вт.
Так как наш блок состоит всего из двух элементов, то его можно разместить в корпусе паяльника с помощью навесного монтажа.
- Припаяйте параллельно детали микросхемы друг к другу непосредственно с использованием лапок самих элементов и проводов.
- Соедините с цепью.
- Залейте всё эпоксидной смолой, которая служит изолятором и защитой от смещений.
- В рукояти сделайте отверстие под кнопку.
Если корпус очень мал, то воспользуйтесь переключателем для светильника. Вмонтируйте его в шнур паяльника и вставьте параллельно выключателю диод.
Переключатель для светильника
На симисторе (с индикатором)
Рассмотрим простую схему регулятора на симисторе и изготовим печатную плату для него.
Регулятор мощности на симисторе
Изготовление печатной платы
Так как схема очень простая, нет смысла из-за неё одной устанавливать компьютерную программу для обработки электросхем. Тем более что для печати нужна специальная бумага. И не у всех есть лазерный принтер. Поэтому пойдём самым простым путём изготовления печатной платы.
- Возьмите кусок текстолита. Отрежьте необходимый для микросхемы размер. Поверхность зашкурьте и обезжирьте.
- Возьмите маркер для лазерных дисков и нарисуйте схему на текстолите. Чтобы не ошибиться, сначала рисуйте карандашом.
- Далее, приступаем к травлению. Можно купить хлорное железо, но после него плохо отмывается раковина. Если случайно капните на одежду, останутся пятна, которые невозможно до конца вывести. Поэтому будем использовать безопасный и дешёвый метод. Подготовьте пластиковую ёмкость для раствора. Влейте перекись водорода 100 мл. Добавьте пол столовой ложки соли и пакетик лимонной кислоты до 50 г. Раствор делается без воды. С пропорциями можно экспериментировать. И всегда делайте свежий раствор. Медь должна вся стравиться. На это уходит около часа.
- Промойте плату под струёй колодной воды. Высушите. Просверлите отверстия.
- Протрите плату спирто - канифольным флюсом или обычным раствором канифоли в изопропиловом спирте. Возьмите немного припоя и залудите дорожки.
Для нанесения схемы на текстолит можно сделать ещё проще. Нарисовать схему на бумаге. Приклеить её скотчем к вырезанному текстолиту и просверлить отверстия. И только после этого рисовать схему маркером на плате и травить её.
Монтаж
Подготовьте все необходимые компоненты для монтажа:
- катушка с припоем;
- штырьки в плату;
- симистор bta16;
- конденсатор на 100 нФ;
- постоянный резистор на 2 кОм;
- динистор db3;
- переменный резистор с линейной зависимостью на 500 кОм.
Приступайте к монтажу платы.
- Откусите четыре штырька и впаяйте их в плату.
- Установите динистор и все остальные детали, кроме переменного резистора. Симистор припаивайте последним.
- Возьмите иглу и щёточку. Почистьте промежутки между дорожками, чтобы убрать возможное замыкание.
- Возьмите алюминиевый радиатор для охлаждения симистора. Просверлите в нём отверстие. Симистор свободным концом с отверстием будет закреплён на алюминиевый радиатор для охлаждения.
- Мелкой наждачной бумагой зачистьте область крепления элемента. Возьмите теплопроводящую пасту марки КПТ-8 и нанесите небольшое количество пасты на радиатор.
- Закрепите симистор винтом и гайкой.
- Аккуратно отогните плату так, чтобы симистор принял вертикальное положение по отношению к ней. Для того чтобы конструкция стала компактной.
- Так как все детали нашего устройства находятся под напряжением сети, для регулировки будем применять ручку из изолирующего материала. Это очень важно. Металлические держатели здесь применять опасно для жизни. Оденьте пластмассовую ручку на переменный резистор.
- Кусочком провода соедините крайний и средний выводы резистора.
- Теперь к крайним выводам припаяйте два провода. Противоположные концы проводов соедините с соответствующими выводами на плате.
- Возьмите розетку. Снимите верхнюю крышку. Подсоедините два провода.
- Припаяйте к плате один провод от розетки.
- А второй подключите к проводу двухжильного сетевого кабеля с вилкой. У сетевого шнура осталась одна свободная жила. Её припаяйте к соответствующему контакту на печатной плате.
Фактически получается, что регулятор включён последовательно в цепь питания нагрузки.
Схема подключения регулятора к цепи
Если захотите установить светодиодный индикатор в регулятор мощности, то используйте другую схему.
Схема регулятора мощности со светодиодным индикатором
Здесь добавлены диоды:
- VD 1 - диод 1N4148;
- VD 2 - светодиод (индикация работы).
Схема с симистором слишком громоздкая для включения в рукоять паяльника, как в случае с двухступенчатым регулятором, поэтому её надо подключить снаружи.
Установка конструкции в отдельный корпус
Все элементы этого устройства находятся под напряжением сети, поэтому нельзя использовать металлический корпус.
- Возьмите пластиковую коробочку. Наметьте, как в ней будет размещаться плата с радиатором и с какой стороны подключать сетевой шнур. Просверлите три отверстия. Два крайних нужны для крепления розетки, а среднее для радиатора. Головка винта, к которому будет крепиться радиатор, должна быть спрятана под розеткой по причине электробезопасности. Радиатор имеет контакт со схемой, а она имеет непосредственный контакт с сетью.
- Сделайте ещё одно отверстие сбоку корпуса для сетевого кабеля.
- Установите винт крепления радиатора. С обратной стороны наденьте шайбу. Прикрутите радиатор.
- Просверлите отверстие соответствующего размера под потенциометр, то есть под ручку переменного резистора. Вставьте деталь в корпус и закрепите штатной гайкой.
- Наложите розетку на корпус и просверлите два отверстия под провода.
- Закрепите розетку двумя гайками на М3. Вставьте провода в отверстия и закрутите крышку винтом.
- Проложите провода внутри корпуса. Один из них припаяйте к плате.
- Другой к жиле сетевого кабеля, который предварительно вставьте в пластиковый корпус регулятора.
- Заизолируйте место соединения изолентой.
- Свободный провод шнура соедините с платой.
- Закройте корпус крышечкой и закрутите винтами.
Регулятор мощности включается в сеть, а паяльник - в розетку регулятора.
Видео: монтаж схемы регулятора на симисторе и сборка в корпусе
На тиристоре
Регулятор мощности можно сделать на тиристоре bt169d.
Регулятор мощности на тиристоре
Компоненты схемы:
- VS1 - тиристор BT169D;
- VD1 - диод 1N4007;
- R1 - резистор 220k;
- R3 - резистор 1k;
- R4 - резистор 30k;
- R5 - резистор 470E;
- C1 - конденсатор 0,1mkF.
Резисторы R4 и R5 являются делителями напряжения. Они снижают сигнал, так как тиристор bt169d маломощный и очень чувствителен. Схема собирается аналогично регулятору на симисторе. Так как тиристор слабый, он не будет перегреваться. Поэтому радиатор охлаждения не нужен. Такую схему можно вмонтировать в небольшой коробок без розетки и соединить последовательно с проводом паяльника.
Регулятор мощности в маленьком корпусе
Схема на мощном тиристоре
Если в предыдущей схеме заменить тиристор bt169d на более мощный ку202н и убрать резистор R5, то выходная мощность регулятора повысится. Такой регулятор собирается с радиатором на тиристоре.
Схема на мощном тиристоре
На микроконтроллере с индикацией
Простой регулятор мощности со световой индикацией можно сделать на микроконтроллере.
Схема регулятора на микроконтроллере ATmega851
Подготовьте следующие компоненты для его сборки:
С помощью кнопок S3 и S4 будет меняться мощность и яркость светодиода. Схема собирается аналогично предыдущим.
Если вы хотите, чтобы прибор показывал процент выдаваемой мощности вместо простого светодиода, то используйте другую схему и соответствующие компоненты, включая числовой индикатор.
Схема регулятора на микроконтроллере PIC16F1823
Схему можно вмонтировать в розетку.
Регулятор на микроконтроллере в розетке
Проверка и регулировка схемы блока терморегулятора
Перед подключением блока к инструменту испытайте его.
- Возьмите собранную схему.
- Соедините её с сетевым проводом.
- Подключите лампу на 220 к плате и симистору или тиристору. В зависимости от вашей схемы.
- Сетевой провод воткните в розетку.
- Вращайте ручку переменного резистора. Лампа должна менять степень накаливания.
Схема с микроконтроллером проверяется аналогично. Только на цифровом индикаторе ещё будет отображаться процент выходной мощности.
Для регулировки схемы меняйте резисторы. Чем больше сопротивление, тем меньше мощность.
Нередко приходится ремонтировать или дорабатывать разные приборы, используя паяльник. От качества пайки зависит работа этих устройств. Если вы приобрели паяльник без регулятора мощности, то обязательно установите его. При постоянном перегреве пострадают не только электронные компоненты, но и ваш паяльник.
Из-за проблемы с электричеством люди все чаще покупают регуляторы мощности. Не секрет, что резкие перепады, а также чрезмерно пониженное или повышенное напряжение пагубно влияют на бытовые приборы. Для того чтобы не допустить порчи имущества, необходимо пользоваться регулятором напряжения, который защитит от короткого замыкания и различных негативных факторов электронные приборы.
Типы регуляторов
В наше время на рынке можно увидеть огромное количество различных регуляторов как для всего дома, так и маломощных отдельных бытовых приборов. Существуют транзисторные регуляторы напряжения, тиристорные, механические (регулировка напряжения осуществляется при помощи механического бегунка с графитовым стержнем на конце). Но самым распространенным является симисторный регулятор напряжения. Основой этого прибора являются симисторы, которые позволяют резко среагировать на скачки напряжения и сгладить их.
Симистор представляет собой элемент, который содержит пять p-n переходов. Этот радиоэлемент имеет возможность пропускать ток как в прямом направлении, так и в обратном.
Эти компоненты можно наблюдать в различной бытовой технике начиная от фенов и настольных ламп и заканчивая паяльниками, где необходима плавная регулировка.
Принцип работы симистора довольно прост. Это своего рода электронный ключ, который то закрывает двери, то открывает их с заданной частотой. При открытии P-N перехода симистора он пропускает небольшую часть полуволны и потребитель получает только часть номинальной мощности. То есть чем больше открывается P-N переход, тем больше мощности получает потребитель.
К достоинствам этого элемента можно отнести:
В связи с вышесказанными достоинствами симисторы и регуляторы на их основе используются довольно часто.
Эта схема довольно проста в сборке и не требует большого количества деталей. Такой регулятор можно применить для регулировки не только температуры паяльника, но и обычных ламп накаливания и светодиодных. К этой схеме можно подключать различные дрели, болгарки, пылесосы, шлифмашинки, которые изначально шли без плавной регулировки скорости.
Вот такой регулятор напряжения 220в своими руками можно собрать из следующих деталей:
- R1 - резистор 20 кОм, мощностью 0,25 Вт.
- R2 - переменный резистор 400−500 кОм.
- R3 - 3 кОм, 0,25 Вт.
- R4-300 Ом, 0,5 Вт.
- C1 C2 - конденсаторы неполярные 0,05 Мкф.
- C3 - 0,1 Мкф, 400 в.
- DB3 - динистор.
- BT139−600 - симистор необходимо подобрать в зависимости от нагрузки которая будет подключен. Прибор, собранный по этой схеме, может регулировать ток величиной 18А.
- К симистору желательно применить радиатор, так как элемент довольно сильно греется.
Схема проверена и работает довольно стабильно при разных видах нагрузки .
Существует еще одна схема универсального регулятора мощности.
На вход схемы подается переменное напряжение 220 В, а на выходе уже 220 В постоянного тока. Эта схема имеет в своем арсенале уже больше деталей, соответственно и сложность сборки повышается. На выход схемы возможно подключить любой потребитель (постоянного тока). В большинстве домов и квартир люди стараются поставить энергосберегающие лампы. Не каждый регулятор справится с плавной регулировкой такой лампы, например, тиристорный регулятор использовать нежелательно. Эта схема позволяет беспрепятственно подключать эти лампы и делать из них своего рода ночники.
Особенность схемы заключается в том, что при включении ламп на минимум все бытовые приборы должны быть отключены от сети. После этого в счетчике сработает компенсатор, и диск медленно остановится, а свет будет продолжать гореть. Это возможность собрать симисторный регулятор мощности своими руками. Номиналы деталей нужных для сборки, можно увидеть на схеме.
Еще одна занимательная схема, которая позволяет подключить нагрузку до 5А и мощностью до 1000Вт.
Регулятор собран на базе симистора BT06−600. Принцип работы этой схемы заключается в открытии перехода симистора. Чем больше элемент открыт, тем больше мощность поступает на нагрузку. А также в схеме присутствует светодиод, который даст знать, работает устройство или нет. Перечень деталей, которые понадобятся для сборки аппарата:
- R1 - резистор 3.9 кОм и R2 - 500 кОм своеобразный делитель напряжения, который служит для зарядки конденсатора С1.
- конденсатор С1- 0,22 мкФ.
- динистор D1 - 1N4148.
- светодиод D2, служит для индикации работы устройства.
- динисторы D3 - DB4 U1 - BT06−600.
- клемы для подключения нагрузки P1, P2.
- резистор R3 - 22кОм и мощностью 2 вт
- конденсатор C2 - 0.22мкФ рассчитан на напряжение не меньше 400 В.
Симисторы и тиристоры с успехом используются в качестве пускателей. Иногда необходимо запустить очень мощные тэны, управлять включением сварочного мощного оборудования, где сила тока достигает 300−400 А. Механическое включение и выключение с помощью контакторов уступает симисторному пускателю из-за быстрого износа контакторов, к тому же при механическом включении возникает дуга, которая также пагубно влияет на контакторы. Поэтому целесообразным будет использовать симисторы для этих целей. Вот одна из схем.
Все номиналы и перечень деталей указаны на Рис. 4. Достоинством этой схемы является полная гальваническая развязка от сети, что обеспечит безопасность в случае повреждения.
Нередко в хозяйстве необходимо выполнить сварочные работы. Если есть готовый инверторный сварочного аппарата, то сварка не представляет особых трудностей, поскольку в аппарате присутствует регулировка тока. У большинства людей нет такого сварочного и приходится пользоваться обычным трансформаторным сварочным, в котором регулировка тока осуществляется путем смены сопротивления, что довольно неудобно.
Тех, кто пробовал использовать в качестве регулятора симистор, ждет разочарование. Он не будет регулировать мощность. Это связано с фазовым сдвигом, из-за чего за время короткого импульса полупроводниковый ключ не успевает перейти в «открытый» режим.
Но существует выход из этой ситуации. Следует подать на управляющий электрод однотипный импульс или подавать на УЭ (управляющий электрод) постоянный сигнал, пока не будет проход через ноль. Схема регулятора выглядит следующим образом:
Конечно, схема довольно сложная в сборке, но такой вариант решит все проблемы с регулировкой. Теперь не нужно будет пользоваться громоздким сопротивлением, к тому же очень плавной регулировки не получится. В случае с симистором возможна довольно плавная регулировка.
Если существуют постоянные перепады напряжения, а также пониженное или повышенное напряжение, рекомендуется приобрести симисторный регулятор или по возможности сделать регулятор своими руками. Регулятор защитит бытовую технику, а также предотвратит ее порчу.
Очень старая и очень простая схема для регулирования мощности паяльника, который также можно применять и для обогревательных приборов. Можно и для ламп накаливания, но это уже сегодня не актуально, думаю, так как большинство уже использует энергосберегающие.
Схема не только проста, но и надежна, и испытана временем лично мною и другими людьми, держит установленную мощность стабильно. И еще две схемы.
Но сразу скажу, что данные регуляторы мощности работают только с нагревательными приборами и лампами накаливания, с трансформаторами. С двигателями и прочим, результаты непредсказуемы — там всякие индуктивные дела начнутся.
Первые две схемы настолько просты, что печатные платы просто бессмысленны, и их можно смонтировать в какой-нибудь коробочке от неисправного блока зарядки мобильника или чего-то подобного. Для начинающих с малым опытом самое то!
Вот, собственно, сама схема регулятора мощности, которая настолько проста, что я вписал номиналы прямо в нее, так удобней и наглядней. Вся хитрость данной схемки в неоновой лампе и конденсаторе. Как это работает, я и сам толком не понимаю, 🙂 но работает отлично. Ведь для стабильного удержания заданной мощности тиристором или симистором, обычно применяются управляющие элементы на полупроводниках, а тут какая-то лампочка, которая изготавливалась для совершенно других целей, да конденсатор, творят чудеса. В общем, выражаясь сегодняшним языком, можно сказать, что схема самая что ни есть креативная. К тому же (чуть не забыл!), неоновая лампочка одновременно служит еще и индикатором мощности: она меняет яркость, и этим самым можно контролировать регулировку.
При этом схема регулирует мощность от 0% до 100% !
Так выглядят старый добрый симистор КУ208Г и рядом с ним различные неоновые лампочки. И то, и другое можно за гроши найти на радиорынке, в современном магазине вряд ли. Впрочем, неонку можно из какого-нибудь старого бытового прибора выдернуть, а аналог КУ208Г можно думаю и в магазине купить из чего-то современного.
Вроде бы аналоги КУ208В,ТС112-10,ТС112-16, ТС122-10, ТС122-25, Т820КВ.
Регулятор мощности на тиристоре КУ202Н
Если уж совсем туго с неонкой будет или с КУ208, то можно собрать схемку регулятора еще проще. Даже не верится: куда уж еще проще? 🙂 Да, без неоновой лампы и вместо симистора — тиристор КУ202Н, который еще более доступен, более дешев и аналогов навалом. Диод также можно любой, подходящий по току и напряжению.
Думаю, по схеме понятно, что данный регулятор работает в диапазоне от 50% до 100%
, но до 99%, поскольку одна сетевая полуволна идет напрямую через диод.
Да, в общем, для паяльника и камина самое то, думаю, от ноля регулировать вряд ли кому-то понадобится. От 50% даже и удобней, по-моему.
Если захотите погасить помехи от переключения тиристора/симистора в первой или второй схеме регулятора, то можно сделать петлю на ферритовом кольце от старого монитора, например, или другого ненужного сетевого компьютерного шнура.
Регулятор мощности без помех
А это уже схема регулятора (кликабельно) для более продвинутых, для фанатов «цифры». Регулирует мощность как и предыдущая от 50%
, но ее отличие от двух первых в том, что регулирование осуществляется уже не за счет отрезания части полуволны сетевой синусоиды, что собственно и создает помехи, а за счет отсчета и пропускания разного количества полуволн. Но полуволны пропускаются целиком, именно поэтому и нет помех: открытие тиристора происходит на уровне, близком к нулю (каких-то пару вольт, нужных для его открытия).
На схеме зелеными кружками обозначены некоторые точки, а на диаграммах ниже — напряжения в этих точках, поясняющие работу схемы регулятора мощности без помех.
Причем, схема имеет свою особенность: по нижним трем диаграммам можно сообразить без пояснений, по какому принципу регулируется мощность. Регулировка ступенчатая, и получается такая дискретность: 50%, 66,6%, 75%… Далее по логике, как я понимаю, 80%, 83,3%, 85,7%… Так выходит, потому что время пауз: 1/2, 1/3, 1/4, 1/6, 1/7 и т.д. То есть, шаг регулирования уменьшается с повышением мощности, что разумно — применительно к паяльнику.
Стрелочный индикатор к паяльнику
Согласитесь, без индикации регулировать мощность паяльника как-то некошерно. Да, можно нарисовать метки на регуляторе, но эффект и удобства не те.
Для большего удобства регулировки нагрева паяльника совсем несложно и очень полезно добавить к собранному регулятору индикацию на каком-нибудь небольшом стрелочном приборе. Такой индикатор можно выдернуть из старой ненужной аудиоаппаратуры, если таковая завалялась еще, либо пройтись и отовариться на местном блошином рынке.
Примерная схема индикатора с использованием подобного стрелочного прибора показана на рисунке. Номиналы, как и сама схема допускает изменения и упрощения при понимании принципов тем, кто будет собирать ее. Номиналы на данной схеме применялись с использованием стрелочного индикатора М68501, который применялся в советских магнитофонах. Основная настройка схемы при использовании М68501 — это подбор резистора R4. При использовании другого стрелочного индикатора, вероятно придется подбирать еще и R3, ведь для удобной вам индикации при уменьшении мощности паяльника, должен быть соответствующий баланс резисторов R3/R4. Чтобы не получалось так, что при мощности в 50% стрелка индикатора уменьшается на 10-20%, либо наоборот, при небольшом уменьшении мощности, отклоняется на половину.
Вы еще не видели мой электромагнитный маятник?
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.
Первые разработки устройств, изменяющие подводимую к нагрузке мощность, были основаны на законе Ома: электрическая мощность равняется произведению тока на напряжение или произведению сопротивления на ток в квадрате. На этом принципе и сконструирован прибор, получивший название - реостат. Он располагается как последовательно, так и параллельно подключённой нагрузке. Изменяя его сопротивление, регулируется и мощность.
Ток, поступая на реостат, разделяется между ним и нагрузкой. При последовательном включении контролируются сила тока и напряжение, а при параллельном — только значение разности потенциалов. В зависимости от материала, из которого изготовлено сопротивление, реостаты могут быть:
Согласно закону сохранения энергии, забранная электрическая энергия не может просто исчезнуть, поэтому в резисторах мощность преобразуется в теплоту, и при большом её значении должна от них отводиться. Для обеспечения отвода используется охлаждение, которое выполняется с помощью обдува или погружением реостата в масло.
Реостат — довольно универсальное приспособление . Единственный, но существенный его минус — это выделение тепла, что не позволяет выполнить устройство с небольшими размерами при необходимости пропускать через него мощность большой величины. Управляя силой тока и напряжения, реостат часто используется в маломощных линиях бытовых приборов. Например, в аудиоаппаратуре для регулировки громкости. Выполнить такой регулятор тока своими руками совсем несложно, в большей мере это касается проволочного реостата.
Для его изготовления понадобится константовая или нихромовая проволока, которая наматывается на оправку. Регулирование электрической мощности происходит путём изменения длины проволоки.
Виды современных устройств
Развитие полупроводниковой техники позволило осуществить управление мощностью, используя радиоэлементы с коэффициентом полезного действия от восьмидесяти процентов. Это дало возможность их комфортно применить в сети с напряжением 220 вольт, не требуя при этом больших систем охлаждения. А появление интегральных микросхем и вовсе позволило достичь миниатюрных размеров всего регулятора в целом.
На сегодняшний момент производство выпускает следующие типы приборов:
При этом регулировка происходит независимо от формы входного сигнала. По своему виду расположения приборы управления разделяются на портативные и стационарные. Они могут выполняться как в независимом корпусе, так и интегрироваться в аппаратуру. К основным параметрам, характеризующим регуляторы электрической энергии, относят:
- плавность регулировки;
- рабочую и пиковую подводимую мощность;
- диапазон входного рабочего сигнала;
Таким образом, современный регулятор электрической мощности представляет собой электронную схему, использование которой позволяет контролировать количество энергии, пропускаемой через него.
Тиристорный прибор управления
Принцип действия такого прибора не отличается особой сложностью. В основном тиристорный преобразователь используется для управления устройствами малой мощности. Типовая схема тиристорного регулятора мощности состоит непосредственно из самого тиристора, биполярных транзисторов и резисторов, устанавливающих их рабочую точку, и конденсатора.
Транзисторы, работая в ключевом режиме, формируют импульсный сигнал. Как только значение напряжения на конденсаторе сравнивается с рабочим, транзисторы открываются. Сигнал подаётся на управляющий вывод тиристора, открывая и его. Конденсатор разряжается и ключ запирается. Так повторяется в цикле. Чем больше задержка, тем в нагрузку поступает меньше мощности.
Преимущества такого типа регулятора в том, что он не требует настройки, а недостаток в чрезмерном нагреве. Для борьбы с перегревом тиристора используется активная или пассивная система охлаждения.
Используется такого типа регулятор для преобразования мощности, подающейся как к бытовым приборам (паяльник, электронагреватель, спиральная лампа), так и к промышленным (плавный запуск мощных силовых установок). Схемы включения могут быть однофазными и трёхфазными. Наиболее применяемые: ку202н, ВТ151, 10RIA40M.
Симисторный преобразователь мощности
Симистор - полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в цепи переменного тока. Отличительной чертой прибора является то, что его выводы не имеют разделения на анод и катод. В отличие от тиристора, пропускающего ток только в одну сторону, симистор проводит ток в обоих направлениях . Именно поэтому он используется в сетях переменного тока.
Важное отличие симисторных схем от тиристорных состоит в том, что нет необходимости в выпрямительном устройстве. Принцип действия основан на фазном управлении, то есть на изменении момента открытия симистора относительно перехода переменного напряжения через ноль. Такое устройство позволяет управлять нагревателями, лампами накаливания, оборотами электродвигателя. Сигнал на выходе симистора имеет пилообразную форму с управляемой длительностью импульса.
Самостоятельное изготовление такого вида приборов проще, чем тиристорного. Широкую популярность получили симисторы средней мощности типа: BT137–600E, MAC97A6, MCR 22−6. Схема регулятора мощности на симисторе с использованием таких элементов отличается простотой изготовления и отсутствия необходимости в настройке.
Фазовый способ трансформации
Сам по себе диммер имеет широкую область применения. Одним из вариантов его использования является регулировка интенсивности освещения. Электрическая схема прибора чаще всего реализуется на специализированных микроконтроллерах, использующих в своей работе встроенную электронную схему понижения напряжения. Из-за этого диммеры способны плавно изменять мощность, но чувствительны к помехам.
Фазовые регуляторы мощности не стабилизируются с помощью стабилитронов, а в качестве стабилизатора используют попарно работающие тиристоры. Основа их работы лежит в изменении угла открывания ключевого тиристора, в результате чего на нагрузку поступают сигналы с отрезанной начальной частью полупериода, снижая действующую величину напряжения. К недостаткам диммеров относят высокий коэффициент пульсаций и низкий коэффициент мощности выходного сигнала.
Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.
Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.
Доминирующая схема
Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.
Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.
При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.
В качестве транзисторов используются КТ814 и КТ815. Время разряда регулируется с помощью R5 и мощность тоже. Стабилитрон используется с напряжением стабилизации от 7 до 14 вольт.
Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.
Контроллер нагрева паяльника
Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.
Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.
Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г .
Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.
Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.
