Регулятор напряжения с тиристорным управлением схема. Однофазный тиристорный регулятор с активной нагрузкой. Схемы на тиристорах

Практически в любом радиоэлектронном устройстве в большинстве случаев присутствует регулировка по мощности. За примерами далеко ходить не надо: это электроплиты, кипятильники, паяльные станции, различные регуляторы вращения двигателей в устройствах.

Способов, по которым можно собрать регулятор напряжения своими руками 220 В, в Сети полно. В большинстве случаев это схемы на симисторах или тиристорах. Тиристор, в отличие от симистора, более распространённый радиоэлемент, и схемы на его основе встречаются гораздо чаще. Разберём разные варианты исполнения, основанные на обоих полупроводниковых элементах.

Симистор, по большому счету , - это частный случай тиристора, пропускающий ток в обе стороны, при условии, что он выше тока удержания. Один из его недостатков - это плохая работа на высоких частотах. Поэтому его часто используют в низкочастотных сетях. Для построения регулятора мощности на основе обычной сети 220 В, 50 Гц он вполне подходит.

Регулятор напряжения на симисторе используется в обычных бытовых приборах, где нужна регулировка. Схема регулятора мощности на симисторе выглядит следующим образом.

• Пр. 1 - предохранитель (выбирается в зависимости от требуемой мощности).
• R3 - токоограничительный резистор - служит для того чтобы при нулевом сопротивлении потенциометра остальные элементы не выгорели.
• R2 - потенциометр, подстроечный резистор, которым и осуществляется регулировка.
• C1 - основной конденсатор, заряд которого до определённого уровня отпирает динистор, вместе с R2 и R3 образует RC-цепь
• VD3 - динистор, открытие которого управляет симистором.
• VD4 - симистор - главный элемент, производящий коммутацию и, соответственно, регулировку.

Основная работа возложена на динистор и симистор. Сетевое напряжение подаётся на RC-цепочку, в которой установлен потенциометр, им в итоге и регулируется мощность. Производя регулировку сопротивления, мы меняем время зарядки конденсатора и тем самым порог включения динистора, который, в свою очередь, включает симистор. Демпферная RC-цепь, подключённая параллельно симистору, служит для сглаживания помех на выходе, а также при реактивной нагрузке (двигатель или индуктивность) предохраняет симистор от скачков высокого обратного напряжения.

Симистор включается, когда ток, проходящий через динистор, превышает ток удержания (справочный параметр). Отключается, соответственно, когда ток становится меньше тока удержания . Проводимость в обе стороны позволяет настроить более плавную регулировку, чем это возможно, например, на одном тиристоре, при этом используется минимум элементов.

Осциллограмма регулировки мощности представлена ниже. Из неё видно, что после включения симистора оставшаяся полуволна поступает на нагрузку и при достижении 0, когда ток удержания уменьшается до такой степени, что симистор отключается. Во втором «отрицательном» полупериоде происходит тот же процесс, т. к. симистор обладает проводимостью в обе стороны.

Напряжение на тиристоре

Для начала разберёмся, чем отличается тиристор от симистора. Тиристор содержит в себе 3 p-n перехода, а симистор - 5 p-n переходов. Не углубляясь в детали, если говорить простым языком, симистор обладает проводимостью в обоих направлениях, а тиристор - только в одном. Графические обозначения элементов показаны на рисунке. Из графики это хорошо видно .

Принцип работы абсолютно такой же. На чём и построена регулировка по мощности в любой схеме. Рассмотрим несколько схем регулятора на тиристорах. Первая простейшая схема, которая в основе повторяет схему на симисторе, описанную выше. Вторая и третья - с применением логики, схемы, которые более качественно гасят помехи, создаваемые в сети переключением тиристоров.

Простая схема

Простая схема фазового регулирования на тиристоре представлена ниже .

Единственное её отличие от схемы на симисторе - это то, что регулировка происходит только положительной полуволны сетевого напряжения. Времязадающая RC-цепь путём регулирования величины сопротивления потенциометра регулирует величину отпирания, тем самым задавая выходную мощность, поступающую на нагрузку. На осциллограмме это выглядит следующим образом.

Из осциллограммы видно, что регулировка мощности идёт путём ограничения напряжения поступающего на нагрузку. Образно говоря, регулировка заключается в ограничении поступления сетевого напряжения на выход. Регулируя время заряда конденсатора путём изменения переменного сопротивления (потенциометра). Чем выше сопротивление, тем дольше происходит заряд конденсатора и тем меньше мощности будет передано на нагрузку. Физика процесса подробно описана в предыдущей схеме. В этом случае она ничем особым не отличается.

С генератором на основе логики

Второй вариант более сложный. В связи с тем, что процессы коммутации на тиристорах вызывают большие помехи в сети, это плохо влияет на элементы, установленные на нагрузке. Особенно если на нагрузке находится сложный прибор с тонкими настройками и большим количеством микросхем.

Такая реализация тиристорного регулятора мощности своими руками подойдёт для активных нагрузок, например, паяльник или любые устройства нагрева. На входе стоит выпрямительный мост, поэтому обе волны сетевого напряжения будут положительными. Обратите внимание, что при такой схеме для питания микросхем понадобиться дополнительный источник постоянного напряжения +9 В. Осциллограмма из-за наличия выпрямительного моста будет выглядеть следующим образом.

Обе полуволны теперь будут положительными из-за влияния выпрямительного моста. Если для реактивных нагрузок (двигатели и другие индуктивные нагрузки) наличие разно полярных сигналов предпочтительно, то для активных - положительное значение мощности крайне важно. Отключение тиристора происходит также при приближении полуволны к нулю ток удержания подаёт до определённого значения и тиристор запирается.

На основе транзистора КТ117

Наличие дополнительного источника постоянного напряжение может вызвать затруднения, если его нет, и вовсе придётся городить дополнительную схему. Если дополнительного источника у вас нет, то можно воспользоваться следующей схемой, в ней генератор сигналов на управляющий вывод тиристора собран на обычном транзисторе. Есть схемы на основе генераторов, построенных на комплементарных парах, но они более сложные, и здесь мы их рассматривать не будем.

В данной схеме генератор построен на двухбазовом транзисторе КТ117, который при таком применении будет генерировать управляющие импульсы с периодичностью, задаваемой подстроечным резистором R6. На схеме ещё реализована система индикации на базе светодиода HL1.

• VD1-VD4 - диодный мост, выпрямляющий обе полуволны и позволяющий выполнять более плавную регулировку мощности.
• EL1 - лампа накаливания - представлена вроде нагрузки, но может быть любой другой прибор.
• FU1 - предохранитель, в этом случае стоит на 10 А.
• R3, R4 - токоограничительные резисторы - нужны, чтобы не сжечь схему управления.
• VD5, VD6 - стабилитроны - выполняют роль стабилизации напряжения определённого уровня на эмиттере транзистора.
• VT1 - транзистор КТ117 - установлен должен быть именно с таким расположение базы №1 и базы №2, иначе схема будет не работоспособна.
• R6 - подстроечный резистор, определяющий момент, когда поступает импульс на управляющий вывод тиристора.
• VS1 - тиристор - элемент, обеспечивающий коммутацию.
• С2 - времязадающий конденсатор, определяющий период появления управляющего сигнала.

Остальные элементы играют незначительную роль и в основном служат для токоограничения и сглаживания импульсов. HL1 обеспечивает индикацию и сигнализирует только о том, что прибор подключён к сети и находится под напряжением.

В статье рассказывается о том, как работает тиристорный регулятор мощности, схема которого будет представлена ниже

В повседневной жизни очень часто возникает необходимость регулирования мощности бытовых приборов, например электроплиты, паяльника, кипятильников и ТЭНов, на транспорте - оборотов двигателя и т.д. На помощь приходит простейшая радиолюбительская конструкция - регулятор мощности на тиристоре. Собрать такое устройство не составит труда, оно может стать тем самым первым самодельным прибором, который будет выполнять функцию регулировки температуры жала паяльника начинающего радиолюбителя. Стоит отметить, что готовые паяльные станции с контролем температуры и прочими приятными функциями стоят на порядок дороже простого паяльника. Минимальный набор деталей позволяет собрать простой тиристорный регулятор мощности навесным монтажом.

К сведению, навесной монтаж — это способ сборки радиоэлектронных компонентов без применения печатной платы, а при хорошем навыке он позволяет быстро собрать электронные устройства средней сложности.

Вы также можете заказать тиристорного регулятора, а для тех, кто хочет разобраться во всём самостоятельно, ниже будет представлена схема и объяснён принцип работы.

Между прочим, это однофазный тиристорный регулятор мощности. Такой прибор может быть использован для управления мощностью или количеством оборотов. Однако для начала следует разобраться в ведь это позволит нам понять, на какую нагрузку лучше использовать такой регулятор.

Как работает тиристор?

Тиристор - это управляемый полупроводниковый прибор, способный проводить ток в одном направлении. Слово «управляемый» употреблено неспроста, поскольку с его помощью, в отличие от диода, который тоже проводит ток только к одному полюсу, можно выбирать момент, когда тиристор начнет проводить ток. Тиристор имеет три вывода:

• Анод.
• Катод.
• Управляющий электрод.

Для того чтобы ток начал течь через тиристор, необходимо выполнить следующие условия: деталь должна стоять в цепи, находящейся под напряжением, на управляющий электрод должен быть подан кратковременный импульс. В отличие от транзистора, управление тиристором не требует удержания управляющего сигнала. На этом нюансы не заканчиваются: тиристор можно закрыть, лишь прервав ток в цепи, или сформировав обратное напряжение анод - катод. Это значит, что использование тиристора в цепях постоянного тока весьма специфично и часто неблагоразумно, а вот цепях переменного, например в таком приборе как тиристорный регулятор мощности, схема построена таким образом, что обеспечено условие для закрытия. Каждая из полуволн будет закрывать соответствующий тиристор.

Вам, скорее всего, не всё понятно? Не стоит отчаиваться - ниже будет подробно описан процесс работы готового устройства.

Область применения тиристорных регуляторов

В каких цепях эффективно использовать тиристорный регулятор мощности? Схема позволяет отлично регулировать мощность нагревательных приборов, то есть воздействовать на активную нагрузку. При работе с высокоиндуктивной нагрузкой тиристоры могут просто не закрыться, что может привести к выходу регулятора из строя.

Можно ли двигателя?

Я думаю, многие из читателей видели или пользовались дрелями, углошлифовальными машинами, которые в народе именуют "болгарками", и прочим электроинструментом. Вы могли заметить, что количество оборотов зависит от глубины нажатия на кнопку-курок прибора. Вот в этот элемент как раз и встроен такой тиристорный регулятор мощности (схема которого приведена ниже), с помощью которого осуществляется изменение количества оборотов.

Обратите внимание! Тиристорный регулятор не может изменять обороты асинхронных двигателей. Таким образом, напряжение регулируется на коллекторных двигателях, оборудованных щёточным узлом.

Схема одном и двух тиристорах

Типовая схема для того, чтобы собрать тиристорный регулятор мощности своими руками изображена на рисунке ниже.

Выходное напряжение у данной схемы от 15 до 215 вольт, в случае применения указанных тиристоров, установленных на теплоотводах, мощность составляет порядка 1 кВт. Кстати выключатель с регулятором яркости света сделан по подобной схеме.

Если у вас нет необходимости полной регулировки напряжения и достаточно получать на выходе от 110 до 220 вольт, воспользуйтесь этой схемой, которая показывает однополупериодный регулятор мощности на тиристоре.

Как это работает?

Описанная ниже информация справедлива для большинства схем. Буквенные обозначения будут браться в соответствии первой схемы тиристорного регулятора

Тиристорный регулятор мощности, принцип работы которого основан на фазовом управлении величиной напряжения, изменяет и мощность. Данный принцип заключается в том, что в нормальных условиях на нагрузку действует переменное напряжение бытовой сети, изменяющееся по синусоидальному закону. Выше, при описании принципа работы тиристора, было сказано, что каждый тиристор работает в одном направлении, то есть управляет своей полуволной от синусоиды. Что это значит?

Если с помощью тиристора периодически подключать нагрузку в строго определенный момент, величина действующего напряжения будет ниже, поскольку часть напряжения (действующая величина, которая «попадёт» на нагрузку) будет меньше, чем сетевое. Данное явление проиллюстрировано на графике.

Заштрихованная область - это и есть область напряжения, которое оказалось под нагрузкой. Буквой «а» на горизонтальной оси обозначен момент открытия тиристора. Когда положительная полуволна закончится и начнется период с отрицательной полуволной, один из тиристоров закрывается, и в тот же момент открывается второй тиристор.

Разберемся, как работает конкретно наш тиристорный регулятор мощности

Схема первая

Оговорим заранее, что вместо слов "положительная" и "отрицательная" будут использованы «первая» и «вторая» (полуволна).

Итак, когда на нашу схему начинает действовать первая полуволна, начинают заряжаться ёмкости C1 и C2. Скорость их заряда ограничена потенциометром R5. данный элемент является переменным, и с его помощью задаётся выходное напряжение. Когда на конденсаторе C1 появляется необходимое для открытия динистора VS3 напряжение, динистор открывается, через него поступает ток, с помощью которого будет открыт тиристор VS1. Момент пробоя динистора и есть точка «а» на графике, представленном в предыдущем разделе статьи. Когда значение напряжения переходит через ноль и схема оказывается под второй полуволной, тиристор VS1 закрывается, и процесс повторяется заново, только для второго динистора, тиристора и конденсатора. Резисторы R3 и R3 служат для управления, а R1 и R2 - для термостабилизации схемы.

Принцип работы второй схемы аналогичен, но в ней идёт управление только одной из полуволн переменного напряжения. Теперь, зная принцип работы и схему, вы можете собрать или починить тиристорный регулятор мощности своими руками.

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.

Для того, чтобы получить качественную и красивую пайку требуется правильно подобрать мощность паяльника и обеспечить определенную температуру его жала в зависимости от марки применяемого припоя . Предлагаю несколько схем самодельных тиристорных регуляторов температуры нагрева паяльника, которые с успехом заменят многие промышленные несравнимые по цене и сложности.

Внимание, ниже приведенные тиристорные схемы регуляторов температуры гальванически не развязаны с эклектической сетью и прикосновение к токоведущим элементам схемы опасно для жизни!

Для регулировки температуры жала паяльника применяют паяльные станции, в которых в ручном или автоматическом режиме поддерживается оптимальная температура жала паяльника. Доступность паяльной станции для домашнего мастера ограничена высокой ценой. Для себя я вопрос по регулированию температуры решил, разработав и изготовив регулятор с ручной плавной регулировкой температуры. Схему можно доработать для автоматического поддержания температуры, но я не вижу в этом смысла, да и практика показала, вполне достаточно ручной регулировки, так как напряжение в сети стабильно и температура в помещении тоже.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая тиристорная схема регулятора мощности паяльника не соответствовала одному из главных моих требований, отсутствию излучающих помех в питающую сеть и эфир. А для радиолюбителя такие помехи делают невозможным полноценно заниматься любимым делом. Если схему дополнить фильтром, то конструкция получится громоздкой. Но для многих случаев использования такая схема тиристорного регулятора может с успехом применяться, например, для регулировки яркости свечения ламп накаливания и нагревательных приборов мощностью 20-60вт. Поэтому я и решил представить эту схему.

Для того, что понять как работает схема, остановлюсь подробнее на принципе работы тиристора. Тиристор, это полупроводниковый прибор, который либо открыт, либо закрыт. чтобы его открыть, нужно на управляющий электрод подать положительное напряжение 2-5 В в зависимости от типа тиристора, относительно катода (на схеме обозначен k). После того, как тиристор открылся (сопротивление межу анодом и катодом станет равно 0), закрыть его через управляющий электрод не возможно. Тиристор будет открыт до тех пор, пока напряжение межу его анодом и катодом (на схеме обозначены a и k) не станет близким к нулевому значению. Вот так все просто.

Работает схема классического регулятора следующим образом. Сетевое напряжение переменного тока подается через нагрузку (лампочку накаливания или обмотку паяльника), на мостовую схему выпрямителя, выполненную на диодах VD1-VD4. Диодный мост преобразует переменное напряжение в постоянное, изменяющееся по синусоидальному закону (диаграмма 1). При нахождении среднего вывода резистора R1 в крайнем левом положении, его сопротивление равно 0 и когда напряжение в сети начинает увеличиваться, конденсатор С1 начинает заряжаться. Когда С1 зарядится до напряжения 2-5 В, через R2 ток пойдет на управляющий электрод VS1. Тиристор откроется, закоротит диодный мост и через нагрузку пойдет максимальный ток (верхняя диаграмма).

При повороте ручки переменного резистора R1, его сопротивление увеличится, ток заряда конденсатора С1 уменьшится и надо будет больше времени, чтобы напряжение на нем достигло 2-5 В, по этому тиристор уже откроется не сразу, а спустя некоторое время. Чем больше будет величина R1, тем больше будет время заряда С1, тиристор будет открываться позднее и получаемая мощность нагрузкой будет пропорционально меньше. Таким образом, вращением ручки переменного резистора, осуществляется управление температурой нагрева паяльника или яркостью свечения лампочки накаливания.

Выше приведена классическая схема тиристорного регулятора выполненная на тиристоре КУ202Н. Так как для управления этим тиристором нужен больший ток (по паспорту 100 мА, реальный около 20 мА), то уменьшены номиналы резисторов R1 и R2, а R3 исключен, а величина электролитического конденсатора увеличена. При повторении схемы может возникнуть необходимость увеличения номинала конденсатора С1 до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще одна самая простая схема тиристорного регулятора мощности, упрощенный вариант классического регулятора. Количество деталей сведено к минимуму. Вместо четырех диодов VD1-VD4 используется один VD1. Принцип работы ее такой же, как и классической схемы. Отличаются схемы только тем, что регулировка в данной схеме регулятора температуры происходит только по положительному периоду сети, а отрицательный период проходи через VD1 без изменений, поэтому мощность можно регулировать только в диапазоне от 50 до 100%. Для регулировки температуры нагрева жала паяльника большего и не требуется. Если диод VD1 исключить, то диапазон регулировки мощности станет от 0 до 50%.

Если в разрыв цепи от R1 и R2 добавить динистор, например КН102А, то электролитический конденсатор С1 можно будет заменить на обыкновенный емкостью 0,1 mF. Тиристоры для выше приведенных схем подойдут, КУ103В, КУ201К (Л), КУ202К (Л, М, Н), рассчитанные на прямое напряжение более 300 В. Диоды тоже практически любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В.

Приведенные выше схемы тиристорных регуляторов мощности с успехом можно применять для регулирования яркости свечения светильников, в которых установлены лампочки накаливания . Регулировать яркость свечения светильников, в которых установлены энергосберегающие или светодиодные лампочками, не получится, так как в таких лампочках вмонтированы электронные схемы, и регулятор просто будет нарушать их нормальную работу. Лампочки будут светить на полную мощность или мигать и это может даже привести к преждевременному выходу их из строя.

Схемы можно применять для регулировки при питающем напряжении в сети переменного тока 36 В или 24 В. Нужно только на порядок уменьшить номиналы резисторов и применить тиристор, соответствующий нагрузке. Так паяльник мощностью 40 Вт при напряжении 36 В будет потреблять ток 1,1 А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Главное отличие схемы представляемого регулятора мощности паяльника от выше представленных, это полное отсутствие радиопомех в электрическую сеть, так как все переходные процессы происходят во время, когда напряжение в питающей сети равно нулю.

Приступая к разработке регулятора температуры для паяльника, я исходил из следующих соображений. Схема должна быть простой, легко повторяемой, комплектующие должны быть дешевыми и доступными, высокая надежность, габариты минимальными, КПД близок к 100%, отсутствие излучающих помех, возможность модернизации.

Работает схема регулятора температуры следующим образом. Напряжение переменного тока от питающей сети выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. Из синусоидального сигнала получается постоянное напряжение, изменяющееся по амплитуде как половина синусоиды с частотой 100 Гц (диаграмма 1). Далее ток проходит через ограничительный резистор R1 на стабилитрон VD6, где напряжение ограничивается по амплитуде до 9 В, и имеет уже другую форму (диаграмма 2). Полученные импульсы заряжают через диод VD5 электролитический конденсатор С1, создавая питающее напряжение около 9 В для микросхем DD1 и DD2. R2 выполняет защитную функцию, ограничивая максимально возможное напряжение на VD5 и VD6 до 22 В, и обеспечивает формирование тактового импульса для работы схемы. С R1 сформированный сигнал подается еще на 5 и 6 выводы элемента 2ИЛИ-НЕ логической цифровой микросхемы DD1.1, которая инвертирует поступающий сигнал и преобразовывает в короткие импульсы прямоугольной формы (диаграмма 3). С 4 вывода DD1 импульсы поступают на 8 вывод D триггера DD2.1, работающего в режиме RS триггера. DD2.1 тоже, как и DD1.1 выполняет функцию инвертирования и формирования сигнала (диаграмма 4).

Обратите внимание, что сигналы на диаграмме 2 и 4 практически одинаковые, и казалось, что можно сигнал с R1 подавать прямо на 5 вывод DD2.1. Но исследования показали, что в сигнале после R1 находится много приходящих из питающей сети помех и без двойного формирования схема работала не стабильно. А ставить дополнительно LC фильтры, когда есть свободные логические элементы не целесообразно.

На триггере DD2.2 собрана схема управления регулятора температуры паяльника и работает она следующим образом. На вывод 3 DD2.2 с вывода 13 DD2.1 поступают прямоугольные импульсы, которые положительным фронтом перезаписывают на выводе 1 DD2.2 уровень, который в данный момент присутствует на D входе микросхемы (вывод 5). На выводе 2 сигнал противоположного уровня. Рассмотрим работу DD2.2 подробно. Допустим на выводе 2, логическая единица. Через резисторы R4, R5 конденсатор С2 зарядится до напряжения питания. При поступлении первого же импульса с положительным перепадом на выводе 2 появится 0 и конденсатор С2 через диод VD7 быстро разрядится. Следующий положительный перепад на выводе 3 установит на выводе 2 логическую единицу и через резисторы R4, R5 конденсатор С2 начнет заряжаться.

Время заряда определяется постоянной времени R5 и С2. Чем величина R5 больше, тем дольше будет заряжаться С2. Пока С2 не зарядится до половины питающего напряжения на выводе 5 будет логический ноль и положительные перепады импульсов на входе 3 не будут изменять логический уровень на выводе 2. Как только конденсатор зарядится, процесс повторится.

Таким образом, на выходы DD2.2 будет проходить только заданное резистором R5 количество импульсов из питающей сети, и самое главное, перепады этих импульсов будут происходить, во время перехода напряжения в питающей сети через ноль. Отсюда и отсутствие помех от работы регулятора температуры.

С вывода 1 микросхемы DD2.2 импульсы подаются на инвертор DD1.2, который служить для исключения влияния тиристора VS1 на работу DD2.2. Резистор R6 ограничивает ток управления тиристором VS1. Когда на управляющий электрод VS1 подается положительный потенциал, тиристор открывается и на паяльник подается напряжение. Регулятор позволяет регулировать мощность паяльника от 50 до 99%. Хотя резистор R5 переменный, регулировка за счет работы DD2.2 нагрева паяльника осуществляется ступенчато. При R5 равному нулю, подается 50% мощности (диаграмма 5), при повороте на некоторый угол уже 66% (диаграмма 6), далее уже 75% (диаграмма 7). Таким образом, чем ближе к расчетной мощности паяльника, тем плавне работает регулировка, что позволяет легко отрегулировать температуру жала паяльника. Например, паяльник 40 Вт, можно будет настроить на мощность от 20 до 40 Вт.

Конструкция и детали регулятора температуры

Все детали тиристорного регулятора температуры размещены на печатной плате из стеклотекстолита. Так как схема не имеет гальванической развязки с электрической сетью, плата помещена в небольшой пластмассовый корпус бывшего адаптера с электрической вилкой. На ось переменного резистора R5 надета ручка из пластмассы. Вокруг ручки на корпусе регулятора, для удобства регулирования степени нагрева паяльника, нанесена шкала с условными цифрами.

Шнур, идущий от паяльника, припаян непосредственно к печатной плате. Можно сделать подключение паяльника разъемным, тогда будет возможность подключать к регулятору температуры другие паяльники. Как это ни удивительно, но ток, потребляемый схемой управления регулятора температуры, не превышает 2 мА. Это меньше, чем потребляет светодиод в схеме подсветки выключателей освещения. Поэтому принятия специальных мер по обеспечению температурного режима устройства не требуется.

Микросхемы DD1 и DD2 любые 176 или 561 серии. Советский тиристор КУ103В можно заменить, например, современным тиристором MCR100-6 или MCR100-8, рассчитанные на ток коммутации до 0,8 А. В таком случае можно будет управлять нагревом паяльника мощностью до 150 Вт. Диоды VD1-VD4 любые, рассчитанные на обратное напряжение не менее 300 В и ток не менее 0,5 А. Отлично подойдет IN4007 (Uоб=1000 В, I=1 А). Диоды VD5 и VD7 любые импульсные. Стабилитрон VD6 любой маломощный на напряжение стабилизации около 9 В. Конденсаторы любого типа. Резисторы любые, R1 мощностью 0,5 Вт.

Регулятор мощности настраивать не требуется. При исправных деталях и без ошибок монтажа заработает сразу.

Схема разработана много лет назад, когда компьютеров и тем более лазерных принтеров не было в природе и поэтому чертеж печатной платы я делал по дедовской технологии на диаграммной бумаге с шагом сетки 2,5 мм. Затем чертеж приклеивал клеем «Момент» на плотную бумагу, а саму бумагу к фольгированному стеклотекстолиту. Далее сверлились отверстия на самодельном сверлильном станке и руками вычерчивались дорожки будущих проводников и контактные площадки для пайки деталей.

Чертеж тиристорного регулятора температуры сохранился. Вот его фотография. Изначально выпрямительный диодный мост VD1-VD4 был выполнен на микросборке КЦ407, но после того, как два раза микросборку разорвало, заменил ее четырьмя диодами КД209.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов

Для уменьшения помех излучаемых тиристорным регуляторами мощности в электрическую сеть применяют ферритовые фильтры, представляющие собой ферритовое кольцо с намотанными витками провода. Такие ферритовые фильтры можно встретить во всех импульсных блоках питания компьютеров, телевизоров и в других изделиях. Эффективным, подавляющим помехи ферритовым фильтром можно дооснастить любой тиристорный регулятор. Достаточно пропустить провод подключения к электрической сети через ферритовое кольцо.

Устанавливать ферритовый фильтр нужно как можно ближе к источнику помехи, то есть к месту установки тиристора. Ферритовый фильтр можно размещать как внутри корпуса прибора, так и с внешней его стороны. Чем больше витков, тем лучше ферритовый фильтр будет подавлять помехи, но достаточно и просто продеть сетевой провод через кольцо.

Ферритовое кольцо можно взять с интерфейсных проводов компьютерной техники, мониторов, принтеров, сканеров. Если Вы обратите внимание на провод, соединяющий системный блок компьютера с монитором или принтером, то заметите на проводе цилиндрическое утолщение изоляции. В этом месте находится ферритовый фильтр высокочастотных помех.

Достаточно ножиком разрезать пластиковую изоляцию и извлечь ферритовое кольцо. Наверняка у Вас или Ваших знакомых найдется не нужный интерфейсный кабель от струйного принтера или старого кинескопного монитора.

Чтобы пайка была красивой и качественной, необходимо правильно выбрать мощность паяльника, обеспечить температуру жала. Все это зависит от марки припоя. На ваш выбор предоставляю несколько схем тиристорных регуляторов регулирования температуры паяльника, которые можно изготовить в домашних условиях. Они просты легко заменят промышленные аналоги, к тому же цена и сложность будет отличаться.

Осторожно! Прикосновение к элементам тиристорной схемы может привести к получению травмы опасной для жизни!

Чтоб регулировать температуру жала паяльника используются паяльные станции, которые в автоматическом и ручном режимах поддерживает заданную температуру. Доступность паяльной станции ограничивается размером кошелька. Я решил эту проблему, изготовив ручной регулятор температура, имеющий плавную регулировку. Схема легко дорабатывается до автоматического поддержания заданного режима температуры. Но я сделал вывод, что ручной регулировки достаточно, так как температура помещения и ток сети стабильны.

Классическая тиристорная схема регулятора

Классическая схема регулятора была плоха тем, что имела излучающие помехи, издаваемые в эфир и сеть. Радиолюбителям эти помехи мешают при работе. Если доработать схему, включив в нее фильтр, размеры конструкции значительно увеличатся. Но это схема может использоваться и в других случаях, например, если необходимо отрегулировать яркость ламп накаливания или нагревательных приборов, мощность которых 20-60 Вт. Поэтому я представляю эту схему.

Чтобы понять, как это работает, рассмотрим принцип работы тиристора. Тиристор представляет собой полупроводниковый прибор закрытого или открытого типа. Чтоб открыть его, на управляющий электрод подается напряжение равное 2-5 В. Оно зависит от выбранного тиристора, относительно катода (буква k на схеме). Тиристор открылся, между катодом и анодом образовалось напряжение равное нулю. Через электрод его невозможно закрыть. Он будет открыт до того времени, пока значение напряжения катода (k) и анода (a) не будет близко к нулю. Вот такой принцип. Схема работает следующим образом: через нагрузку (обмотка паяльника или лампа накаливания) подается напряжение на диодный мост выпрямителя, выполненный диодами VD1-VD4. Он служит для преобразования переменного тока в постоянный, который меняется по синусоидальному закону (1 диаграмма). В крайнем левом положении сопротивление среднего вывода резистора равно 0. При увеличении напряжения происходит зарядка конденсатора С1. Когда напряжение С1 будет равно 2-5 В, на VS1 пойдет ток через R2. При этом произойдет открытие тиристора, закорачивание диодного моста, максимальный ток пройдет через нагрузку (диаграмма сверху). Если повернуть ручку резистора R1, произойдет увеличение сопротивления, конденсатор С1 будет заряжаться дольше. Следовательно, открытие резистора произойдет не сразу. Чем мощнее R1, тем больше времени уйдет на заряд С1. Вращая ручку вправо или влево, можно регулировать температуру нагрева жала паяльника.

На фото выше предоставлена схема регулятора, собранная на тиристоре КУ202Н. Чтоб управлять этим тиристором (в паспорте указан ток 100мА, реально – 20 мА), необходимо уменьшить номиналы резисторов R1, R2, R3 исключаем, емкость конденсатора увеличиваем. Емкость С1 необходимо повысить до 20 мкФ.

Простейшая тиристорная схема регулятора

Вот еще один вариант схемы, только упрощенный, деталей минимум. 4 диода заменены одним VD1. Отличие данной схемы заключается в том, что регулировка происходит при положительном периоде сети. Отрицательный период, проходя через диод VD1, остается без изменений, мощность можно регулировать от 50% до 100%. Если исключить VD1 из схемы, мощность можно будет регулировать в диапазоне от 0% до 50%.

Если применить динистор КН102А в разрыв от R1 и R2, придется заменить С1 на конденсатор емкостью 0,1 мкФ. Для этой схемы подойдут такие номиналы тиристоров: КУ201Л (К), КУ202К (Н,М,Л), КУ103В, напряжением для них более 300 В. Диоды любые, обратное напряжение которых не меньше, чем 300 В.

Выше упомянутые схемы успешно подойдут для регулировки ламп накаливания в светильниках. Регулировать светодиодные и энергосберегающие лампы не удастся, так как они имеют электронные схемы управления. Это приведет к миганию или работе лампы на полную мощность, что в конечном итоге выведет ее из строя.

Если вы хотите применить регуляторы для работы в сети 24,36 В, придется уменьшить номиналы резисторов и заменить тиристор на соответствующий. Если мощность паяльника 40 Вт, напряжение сети 36 В, он будет потреблять 1,1 А.

Тиристорная схема регулятора не излучающая помехи

Эта схема отличается от предыдущей полным отсутствием изучаемых радиопомех, так как процессы протекают в тот момент, когда напряжение сети равно 0. Приступая к созданию регулятора, я исходил из следующих соображений: комплектующие должны иметь низкую цену, высокую надежность, малые габариты, сама схема должна быть проста, легко повторяемая, КПД должен быть близким к 100%, помехи должны отсутствовать. Схема должна иметь возможность модернизации.

Принцип работы схемы следующий. VD1-VD4 выпрямляют напряжение сети. Получающееся постоянное напряжение изменяется по амплитуде равной половине синусоиды частотой 100 Гц (1 диаграмма). Ток, проходя через R1 на VD6 — стабилитрон, 9В (2 диаграмма), имеет другую форму. Через VD5 импульсы заряжают С1, создавая 9 В напряжения для микросхем DD1, DD2. Для защиты применяется R2. Он служит для ограничения напряжения, поступаемого на VD5, VD6 до 22 В и формирует тактовый импульс для работы схемы. R1 передает сигнал на 5, 6 вывод элемента 2 либо не логическую цифровую микросхему DD1.1, которая в свою очередь инвертирует сигнал и преобразует его в короткий прямоугольный импульс (3 диаграмма). Импульс исходит с 4-го вывода DD1 и приходит на вывод D №8 триггера DD2.1, который работает в RS режиме. Принцип работы DD2.1 такой же и, как и DD1.1 (4 диаграмма). Рассмотрев диаграммы №2 и 4, можно сделать выводы, что отличия практически нет. Получается, что с R1 можно подать сигнал на вывод №5 DD2.1. Но это не так, R1 имеет множество помех. Придется устанавливать фильтр, что не целесообразно. Без двойного формирования схемы стабильной работы не будет.

Схема управления регулятора собрана на базе триггера DD2.2, работает она по следующему принципу. C вывода №13 триггера DD2.1 поступают импульсы на 3 вывод DD2.2, перезапись уровня которых происходит на выводе №1 DD2.2, которые на данном этапе находятся на D входе микросхемы (5 вывод). Противоположный уровень сигнала находится на 2 выводе. Предлагаю рассмотреть принцип работы DD2.2. Предположим, что на 2 выводе, логическая единица. С2 заряжается до необходимого напряжения через R4, R5. Когда появится первый импульс с положительным перепадом на 2 выводе образуется 0, через VD7 произойдет разрядка С2. Последующий перепад на 3 выводе установит на 2 выводе логическую единицу, С2 начнет накапливать емкость через R4, R5. Время зарядки зависит от R5. Чем оно больше, тем дольше будет происходить зарядка С2. Пока конденсатор С2 не накопит 1\2 емкости, на 5 выводе будет 0. Перепад импульсов на 3 входе не будет влиять на изменение логического уровня на 2 выводе. При достижении полного заряда конденсатора, произойдет повторение процесса. Количество импульсов, заданных резистором R5, будет поступать на DD2.2. Перепад импульсов будет происходить только в те моменты, когда напряжение сети будет переходить через 0. Вот почему отсутствуют помехи на данном регуляторе. С 1 вывода DD2.2 на DD1.2 подаются импульсы. DD1.2 исключает влияние VS1 (тиристор) на DD2.2. R6 установлен для ограничения тока управления VS1. На паяльник подается напряжение за счет открытия тиристора. Это происходит из-за того, что на тиристор поступает положительный потенциал с управляющего электрода VS1. Этот регулятор позволяет производить регулировку мощности в диапазоне 50-99%. Хоть резистор R5 – переменный, за счет включенного DD2.2 регулировка паяльника осуществляется ступенчатым образом. Когда R5 = 0, происходит подача 50% мощности (5 диаграмма), если повернуть на определенный угол, будет 66% (6 диаграмма), затем 75% (7 диаграмма). Чем ближе к рассчитанной мощности паяльника, тем плавне работа регулятора. Допустим, имеется паяльник на 40 Вт, его мощность можно регулировать в районе 20-40 Вт.

Конструкция и детали регулятора температуры

Детали регулятора располагаются на стеклотекстолитовой печатной плате. Плата помещена в пластиковый корпус от бывшего адаптера, имеющего электрическую вилку. Ручка из пластика надета на ось резистора R5. На корпусе регулятора имеются отметки с цифрами, позволяющие понимать, какой температурный режим выбран.

Шнур паяльника припаян к плате. Подключение паяльника к регулятору можно сделать разъемным, чтобы иметь возможность подключить другие объекты. Схема потребляет ток не превышающий 2мА. Это даже меньше, чем потребление светодиода в подсветке выключателя. Специальные меры по обеспечению режим работы устройства не требуются.

При напряжении 300 В и токе 0,5 А применяются микросхемы DD1, DD2 и серии 176 либо 561; диоды любые VD1-VD4. VD5, VD7 — импульсные, любые; VD6 — маломощный стабилитрон с напряжением 9 В. Конденсаторы любые, резисторе тоже. Мощность R1 должна быть 0,5 Вт. Дополнительной настройки регулятора не потребуется. Если детали исправны и при подключении не возникало ошибок, он заработает сразу.

Схема была разработана давно, когда лазерных принтеров и компьютеров не было. По этой причине печатная плата изготавливалась по дедовскому методу, использовалась диаграммная бумага, шаг сетки которой 2,5 мм. Далее чертеж приклеивался «Моментом» на бумагу по плотнее, а сама бумага на фольгированный стеклотекстолит. Зачем сверлились отверстия, дорожки проводников и контактных площадок вычерчивались вручную.

У меня сохранился чертеж регулятора. На фото показан. Изначально применялся диодный мост номиналом КЦ407 (VD1-VD4). Их разрывало пару раз, пришлось заменить 4 диодами типа КД209.

Как снизить уровень помех от тиристорных регуляторов мощности

Чтоб уменьшить помехи, излучаемые тиристорным регулятором, применяют ферритовые фильтры. Они представляют собой ферритовое кольцо, имеющее обмотку. Эти фильтры встречаются в импульсных блоках питания телевизоров, компьютеров и других изделий. Любой тиристорный регулятор можно оснастить фильтром, который будет эффективно подавлять помехи. Для этого необходимо пропустить через ферритовое кольцо сетевой провод.

Ферритовый фильтр следует устанавливать вблизи источников, издающих помехи, непосредственно в месте установки тиристора. Фильтр может быть расположен как снаружи корпуса, так и внутри. Чем больше количество витков, тем качественней фильтр будет подавлять помехи, но и достаточно продеть провод, идущий к розетке, через кольцо.

Кольцо можно изъять из интерфейсных проводов компьютерной периферии, принтеров, мониторов, сканеров. Если посмотреть на провод, который соединяет монитор или принтер с системным блоком, можно заметить цилиндрическое утолщение на нем. Именно в этом месте расположен ферритовый фильтр, служащий для защиты от высокочастотных помех.

Берем нож, разрезаем изоляцию и извлекаем ферритовое кольцо. Наверняка у ваших друзей или у вас завалялся старый интерфейсный кабель од кинескопного монитора или струйного принтера.

Предыстория создания девайса такова. Задумал я как то покрасить крыло своего автомобиля. Приехал в гараж, подготовился. Так как погода была прохладная, то для быстрой сушки крыла его нужно было нагреть. Из подручных средств, для бесконтактной сушки, я не нашёл ни чего лучше чем прожектор ПКН мощностью 1 кВт. Однако его лампа выдерживала 10-15 включений. А такую лампу в моём городе найти не такая уж легкая задачка. По этой причине я вооружился давно знакомой мне микросхемкой К1182ПМ1, двумя завалявшимися тиристорами и сделал устройство для плавного включения ПКН. Сначала было собрано устройство без внешних органов управления. Но позднее я подумал, что такую мощную штуковину можно использовать не только как плавный пуск, но и как регулятор мощности для устройств, потребляющих чисто активную нагрузку. Например, электронагреватель. И тогда было принято решение «прикрутить» к устройству ещё и переменный резистор для ручной регулировки мощности. Получалось следующее.

Схема устройства проста.

На ней к сети ~220 В последовательно подключается предохранитель на 8 А, нагрузка в виде лампы, и 2 тиристора Т142-80-4-2 включенные встречно параллельно. Для того чтобы через цепи управления каждого из тиристоров, в нерабочий полупериод, не протекал ток управления, используется развязка из диодов КД411ВМ. Это гарантирует правильную работу тиристоров во время рабочего полупериода сетевого напряжения.

Резистор 600 Ом используется для ограничения тока управления. А при помощи регулировочного резистора 68 кОм меняется мощность, отдаваемая в нагрузку (в моём случае в качестве нагрузки выступает прожектор).

Принцип работы устройства можно понять из рисунка. Для регулировки мощности изменяется угол открытия тиристоров. Чем больше угол α, тем меньшая часть синусоиды пропускается в нагрузку. Когда α = 180 0 оба тиристора полностью закрыты и мощность в нагрузку не передаётся. Когда α = 0 0 в нагрузку поступает вся синусоида полностью и соответственно передаётся полная мощность. В первый момент после включения нагрузки угол α всегда равен 180 0 . Далее он начинает плавно уменьшаться до значения соответствующего текущему положению регулировочного резистора. За счёт этого и достигается плавный пуск.

Замечу, что данное устройство можно использовать только с активной нагрузкой, так как в случае реактивной нагрузки используются несколько иные способы регулирования мощности.

Максимально допустимый средний ток в открытом состоянии для данных тиристоров составляет 80 А. Не трудно подсчитать, что максимальная мощность, которую можно через них пропустить, равна Р=220*80=17600 Вт. Однако это теоретическое значение, которое я не проверял на практике и поэтому не возьмусь утверждать что система выдержит мощность в 17 кВт. На практике мной подключалась нагрузка в 1 кВт. При этом радиаторы совершенно не грелись. Такие большие радиаторы я применил только по той причине, что тиристоры уже были прикручены к ним. Поэтому для данной конструкции подойдут и радиаторы, гораздо меньшего размера.

На этой фотографии к устройству ещё не подключена розетка и сетевой шнур.

P.S. Первоначально печатка разводилась под другие диоды. Но потом жизнь внесла свои коррективы. Поэтому, даже если вы будете ставить диоды КД411ВМ, то печатку лучше переделать под их реальные размеры. Хотя у меня и так влезло

Разработано и изготовлено Дмитрием Чупановым ([email protected])

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Микросхема	К1182ПМ1	1			В блокнот
	Тиристор	Т142-80-4-2	2			В блокнот
	Диод	КД411В	4			В блокнот
	Электролитический конденсатор	100 мкФ 16В	1			В блокнот
	Конденсатор	1мкФ 5В	2			В блокнот
	Переменный резистор	68 кОм	1			В блокнот
	Резистор	3.3 кОм	1