Симисторы большой мощности. Регулятор мощности: делаем самостоятельно симисторный вариант

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?

Симисторные регуляторы мощности работают, используя фазовое управление. Они могут применяться, для изменения мощности различных электрических устройств работающих используя переменное напряжение.

Среди приборов могут быть электрические лампы накалывания, нагревательные приборы, электродвигатели переменного тока, трансформаторные сварочные аппараты, и многие другие. Они имеют большой диапазон регулировки, что дает им большой диапазон применения, в том числе и в быту.

Описание и принцип работы

Работа прибора основана на регулировании задержки включения симистора, когда происходит переход сетевого напряжения через ноль. Симистор в начале полупериода пребывает в положении закрыто. После того как вырастает напряжение положительной полуволны конденсатор заряжается со сдвигом по фазе от напряжения сети.

Этот сдвиг определяют значения сопротивления резисторов P1, R1, R2, и емкости конденсатора C1. При достижении на конденсаторе пороговой величины, включается симистор. Он становится проводящим, пропуская напряжения, этим он шунтирует цепь с резисторами и конденсаторами. Когда полупериод проходит через 0, симистор запирается.

Затем, когда конденсатор зарядится, вновь при отрицательной волне напряжения открывается. Такая работа симистора возможна благодаря его структуре. Он имеет пять слоев полупроводников с управляющим электродом. Что дает ему возможность менять местами анод с катодом. Говоря проще, его можно представить в виде двух тиристоров с встречно-параллельным подключением.

Область применения

Симисторные регуляторы мощности нашли свое применение не только в быту, но и во многих отраслях промышленности. В частности они успешно заменяют громоздкие релейно-контактные схемы управления. Помогают устанавливать оптимальные токи в автоматических сварных линиях, и во многих других отраслях.

Что же касается использования этих приборов в быту, то его использование самое разнообразное. От регулирования напряжение на лампы накалывания, до регулирования скорости вращения вентилятора. В двух словах диапазон насколько разнообразный, что его непросто описать.

Виды симисторных регуляторов мощности

Говоря об этих приборах, следует отметить, что все они работают по одному принципу. Главное их отличие это мощность, на которую они рассчитаны. Вторым отличием будет схема управления. Некоторые виды симистором могут потребовать более тонкой настройки управляющих сигналов. Управление может быть самым разнообразным, от конденсатора и пары резисторов, до современного микроконтроллера.

Схема

В регуляторах мощности может применяться много различных схем. Самой простой схемой считается применение переменного резистора, а самой сложной современного микроконтроллера. Если его использовать в домашних условиях, то можно остановиться на самой простой.

Её будет достаточно для большинства потребностей. Кроме регулировки освещенности, часто регулятор используют для . Те, кто любит заниматься дома электротехникой, имеют необходимость регулировать температуру паяльника.

Делать это с помощью переменных резисторов неудобно, плюс к этому идут большие потери электроэнергии. Лучшим выходом будет использование симисторного регулятора.

Как собрать регулятор

Для сборки возьмем простейшую принципиальную схему. В этой схеме используется симистор VD2 – ВТВ 12-600В (600 – 800 В, 12 А), резисторы: R1 -680 кОм, R2 – 47 кОм, R3 – 1.5 кОм, R4 – 47 кОм. Конденсаторы: С1 – 0,01 мФ, С2 – 0,039 мФ.

Чтобы собрать такую схему своими руками, вам понадобится делать определенные действия в правильном порядке:

1. Необходимо приобрести все детали с перечня представленного выше.
2. Вторым этапом будет разработка печатной платы. При разработке следует учесть, что часть деталей будет выполнена навесным монтажом. А часть деталей установится непосредственно в плату.
3. Создание платы начинается с прорисовки рисунка с расположением деталей и контактных дорожек между деталями. Затем рисунок переносят на заготовку платы. Когда рисунок перенесен на плату, то далее все идет по известной методике. Травление платы, сверление отверстий под детали, лужение дорожек на плате. Многие используют для получения рисунка платы современными компьютерными программами, такими как Sprint Layout, но если у вас их нет ничего страшного. В данном случае мы имеем небольшую схему. Её можно сделать вручную.
4. Когда плата готова, вставляем в подготовленные отверстия необходимые радиодетали детали, укорачиваем кусачками длину контактов до необходимой и начинаем пайку. Для этого прогреваем паяльником место контакта на плате, подносим к нему припой, когда припой расплывётся по поверхности в точке контакта, убираем паяльник, даем охладиться припою. При этом все детали должны оставаться на местах, не двигаться. При пайке следует соблюдать меры безопасности. В первую очередь надо беречься от ожогов, их может причинить контакт с паяльником, или брызги раскаленного припоя или флюса. Следует иметь одежду, максимально защищающую все участки тела. А для защиты глаз, необходимо надеть защитные очки. Место пайки должно быть в проветриваемом помещении, поскольку в процессе работы могут появляться едкие газы.
5. Заключительным этапом сборки будет размещения полученной платы в коробку. Какую выбрать коробку, это будет напрямую зависеть от типа вашего регулятора. В случае с нашей схемой будет достаточно коробки размером с пластмассовую розетку. Небольшое количество деталей, самая большая из них переменный резистор, занимают мало места, и помещаются в маленькое пространство.
6. Последним шагом будет проверка и настройка прибора. Для этого понадобится измерительный прибор для контроля напряжения, и устройство для нагрузки, в нашем случае паяльник. Вращая ручку регулятора, надо исследовать, насколько плавно меняется напряжения на выходе. При необходимости можно нанести метки возле резистора регулировки.

Цена

Рынок изобилует большим количеством предложений, с различным уровнем цен. На цену симисторных регуляторов мощности в первую очередь влияют несколько параметров:

1. Мощность изделия, чем мощнее мощность, тем будет дороже ваш прибор.
2. Сложность схемы управления, в самых простых схемах, основную стоимость ложится симисторы. В сложных схемах управления, где применены микроконтроллеры цена может вырасти из-за них. Они дают дополнительные возможности, соответственно за большую цену. Так регулятор на резисторе с показателями напряжения 220 В, мощность 2500 Вт. стоит 1200 рублей, а на микроконтроллере с такими же параметрами 2450 руб.
3. Бренд изготовителя. Иногда за раскрученный бренд можно отдать на 50 % больше.

Сейчас можно встретить регуляторы мощности собранные по различным схемам. У каждой из них будут свои положительные стороны и недостатки. Современные регуляторы делятся на два типа, микропроцессорные и аналоговые. Аналоговые регуляторы можно отнести к системам экономного класса. Они известны со времен СССР, просты в исполнении и дешевые. Самым главным их недостатком есть постоянный контроль хозяина, или оператора.

Приведем простой пример, вам надо на выходе иметь напряжения 170 В., Когда вы выставляли это напряжения, подающее напряжение было 225 В, а теперь представим, что входящее напряжение изменилось на 10 В, соответственно измениться напряжение на выходе.

Если величина выходного напряжения влияет на процесс, то могут возникнуть проблемы. Кроме перепада подающего напряжения, на выходное могут влиять параметры самого регулятора. Так как со временем меняться емкость конденсатора, на переменный резистор может влиять влажность окружающей среды, добиться стабильной его работы невозможно.

В регуляторах на микропроцессорах такой проблемы нет. В них реализована обратная связь, позволяющая оперативно регулировать управляющий сигнал.

Одним из важных моментов длительной эксплуатации будет ремонт и сервис. Микропроцессорные регуляторы представляют собой сложное изделия, для его ремонта потребуются специализированные сервисные центры. Аналоговые регуляторы легче поддаются ремонту. Его может сделать любой радиолюбитель в домашних условиях.

Делать окончательный выбор по симисторному регулятору мощности можно после изучений условий для его работы. Когда вам не нужна большая точность на выходе, то резонно отдать предпочтения аналоговому прибору, экономя при этом деньги. Когда на выходе необходима точность, не экономьте, покупайте микропроцессорный прибор.

Небольшой полупроводниковый прибор «симистор», или симметричный тринистор (тиристор), за своим сложным названием скрывает достаточно простой принцип действия, сравнимый с работой двери в метро. Обыкновенные тиристоры можно сравнить с простой дверью: если ее закрыть, прохода не будет. И работает такая дверь в одном направлении. Симисторы же работают в обоих направлениях. Именно поэтому сравнение с дверью в метрополитене: куда ее не толкают, она отрывается и пропускает поток пассажиров в любом направлении.

Двухстороннее действие симистора обусловлено его особенной структурой. Его катод и анод способны, в некотором смысле, меняться местами и выполнять функции друг друга, пропуская ток в обратном направлении. Это возможно благодаря тому, что симистор имеет 5 полупроводниковых слоев и управляющий электрод.

Для простоты понимания физических процессов, протекающих в симисторе можно представить его в виде двух встречно-параллельно подключенных тиристоров.

Симисторы применяются в различных схемах в качестве бесконтактных ключей и имеют ряд преимуществ перед контакторами, реле, пускателями и подобными электромеханическими элементами:

• симисторы долговечны, практически неубиваемы;
• там где есть электромеханика, есть ограничения по частоте коммутаций, износ, и соответствующие риски и проблемы, а с полупроводниками таких нюансов не возникает;
• полное отсутствие искрообразования и связанных с ним рисков;
• возможность проводить коммутацию в моменты нулевого сетевого тока, что снижает помехи и влияние на точность работы схем.

Схема простого регулятора мощности на симисторе

Чаще всего симисторы применяются в схемах регулирования мощности. Один из самых простых и распространенных регуляторов мощности на симисторе КУ208Г показан ниже.

Как видно на рисунке, силовая цепь схемы оснащена симистором типа КУ208, а цепь его управления включает лишь один элемент – транзистор типа П416А. Наладка работы устройства сводится в итоге к подбору номинала резистора R1 и проходит в такой последовательности:

• движок резистора R4 установить в нижнее положение;
• вместо резистора R1 установить переменный резистор с сопротивлением 150 Ом;
• установить переменный резистор в максимальное положение;
• подключить к нагрузке вольтметр переменного тока;
• подключить устройство к сети.

Для того, чтобы правильно подключить его должна соответствовать предварительно выбранному месту установки и количеству подключаемых устройств. Очень важно при этом проверить корректность работы осветительных приборов и отрегулировать соответствующие параметры датчика.

Данное оборудование, благодаря своим технологичным качествам, набирает все большую популярность при обустройстве освещения в домашних условиях. Прочитав , можно разобраться в принципе работы различных датчиков движения, что поможет в дальнейшем выборе подходящего прибора для своего дома.

Далее необходимо вращать движок резистора R1 и отслеживать напряжение на нагрузке: необходимо добиться, чтобы оно перестало увеличиваться. В найденном положении необходимо измерить сопротивление переменного резистора, и соответственно будет установлено необходимо сопротивление резистора R1. Именно с таким номиналом необходимо будет установить постоянный резистор R1 в схему на место переменного образца.

Обратная связь в симисторных схемах регулирования

Для управления мощностью (температурой) нагревательных элементов различных приборов, скоростями вращения двигателей и т.д. в последнее время, несмотря на большую стоимость, чем электромеханика, применяется регулятор мощности на симисторе. Необходимость использования дополнительного радиатора для такой схемы – это небольшая плата взамен отсутствию рисков искрения, долгому сроку безотказной работы, стабильности выдаваемых параметров.

Такая схема регулирования распространена в приборах типа паяльников, электродрелей и т.д.

Ниже приведен пример еще одной схемы регулирования мощности на симисторе. Это схема для регулирования скорости двигателя промышленной швейной машины.


Схема собрана на симисторе VS1, выпрямительных вентилях VD1 и VD2, и переменном резисторе R3 в цепи управления. Особенностью и ключевой отличительной чертой такой схемы является обратная связь. Симистор, пропускающий ток в обоих направлениях – это лучшее решение для схем регулирования, где необходимо наличие такой обратной связи.

При выборе типа защитных устройств в первую очередь учитывают их технические возможности монтажа в совокупности индивидуальных предпочтений. Это и является определяющим в решении вопроса: ? Только изучив особенности их работы, можно достичь безопасного функционирования бытовой электросети.

Применяя устройства защитного отключения в домашних условиях, необходимо знать особенности различных его видов — чтобы правильно , а также изучить схемы установки — чтобы верно .

Сравнивая с устаревшими коммутационными технологиями, можно обозначить еще одно явное преимущество схем регулирования мощности на симисторах – это возможность обеспечения качественной обратной связи и соответственно корректировки работы по обратной связи.

Особенности и преимущества схемы:

1. В данном случае реализована обратная связь по нагрузке , что позволяет усиливать обороты двигателя и обеспечивать плавную бесперебойную работу машины в случае возрастания нагрузочных усилий. При этом все операции выполняются схемой автоматически. Не возникает искрений или перегрева. Как видно из рисунка, теплоотвода не предусмотрено.

Данная схема – это регулирование активной мощности приборов . Не рекомендуется применение таких схем в системах регулирования интенсивности освещения. По ряду причин, осветительные приборы будут сильно мигать.

2. Коммутация симистора в данной схеме происходит строго в моменты перехода через «0» сетевого напряжения, поэтому можно заявлять о полном отсутствии помех со стороны регулятора.
3. Приводится в действие, то есть включается симистор от поступающего на управляющий электрод положительного импульса при положительном напряжении на аноде, либо от отрицательного импульса при отрицательном положении на катоде. Катод и анод, учитывая особенности двунаправленной работы симистора тут условные. в зависимости от работы в разных направлениях они будут меняться функциями.
4. В роли источника импульсов для управления симистором может быть применен двунаправленный динистор . Либо, из соображений удешевления схемы, можно подключить во встречно-параллельном направлении пару обыкновенных динисторов. Для обеспечения большей ширины диапазона регулирования малых напряжений оптимальным выбором станут динисторы типа КНР102А. Еще один вариант ключевого элемента – лавинный транзистор.
5. Регулирования активной и реактивной мощности имеют некоторые отличительные особенности. Управление индуктивной нагрузкой требует включения в схему RC-цепочки (параллельно симистору). Это позволит сдерживать скорость увеличения напряжения на аноде симистора.

Видео о симисторном регуляторе мощности

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

Принцип работы регулятора на симисторе

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

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

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

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

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

Варианты схем регулятора

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

Обозначения:

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

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

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

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

Схема регулятора с обратной связью

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

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

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

Обозначения:

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

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

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

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

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

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

Регулятор для индуктивной нагрузки

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

Существует два варианта решения проблемы:

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

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

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

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

Простой регулятор мощности на симисторе своими руками

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

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